铝 /铝层状结构复合材料工艺基础研究

指导老师：刘文昌小组成员：王彩霞

李静、刘若愚

1 、课题研究意义 经过几千年的发展和人类文明的进步，为了满足技术革命的需要，对于金属层状复合板材的研究实现了从偶然到必然的过渡，逐渐奠定了现代金属复合板材科学技术的基础。金属复合板材是层压型复合材料的一种，它是将两种或两种以上的不同物理、化学性能的金属利用各自的性能优势进行分层组合而形成的一类金属材料，复合板所具有的综合性能是任一组元所无法具备的。金属复合材料由于其特有的性能，越来越引起人们的重视，尤其是在航空、航天、国防、交通、电子和通讯等领域得到了广泛的应用。本研究就铝合金叠层轧制复合工艺中各组元层厚比的变化规律进行初步探索。

立项背景

2 、国内外研究现状及分析 目前，金属复合板材制备方法有很多种，各有优缺点，但最终都离不开轧制工序做后续处理。随着制备技术的发展和理论研究的深入，轧制复合法在复合板的生产中将会越来越完善，并成为今后生产工艺的主流。 层状复合轧制技术已成为当今世界应用最为广泛的制备优异综合性能层状金属复合材料的技术之一。层状复合轧制技术用于制备层状金属复合材料的研究工作，起初主要以热轧方式进行复合轧制，随后提出了“表面处理—冷轧复合—退火强化”生产工艺，发展较快对金属在复合轧制过程中的变形规律、界面结合强度、复合界面的形貌特征和原子扩散行为、层片厚比的变化开展了大量的研究。

立项背景

项目研究内容

项目的特色与创新之处

项目研究预期成果

目 录

研究目标

研究项目内容

本课题研究旨在深入认识复合板结合机理，塑性变形机理；阐明金属层状复合板材的各组元层厚比的变形规律，相关理论体系。为提高金属层状复合板轧制加工制备过程中微观组织的控制和力学性能的优化提供理论研究基础。

◆ 不同金属轧制复合工艺参数与轧制变形协同

性之间的影响规律

◆ 轧制符合层状金属材料的微观组织和织构的

演变规律

层状金属复合板轧制制备过程中的协同性

◆ 层状金属复合板材界面微观结构与结合机制◆ 层状金属材料的结构参量对强度和韧性的影

响规律

层状金属复合板材界面 结合机制与界面设计

◆ 金属层状复合板材轧制变形协同性的控制因素及其规律

◆ 金属层状复合材料界面类型、微观结合机制与板材强韧化性能之间的内在影响规律

拟解决的关键科学问题

zzzzzzzzz 研究项目内容

研究项目内容

◆ 层状金属复合板材界面类型对材料强韧化设计理论

金属层状复合板材轧制变形协同性

拟采取的研究方案及可行性研究

◆ “轧卡试验”实验目的：不同金属轧制复合工艺参数与轧制变形协同性之间的影响规律：1 、不同层厚比时，总压下率与各组元压下率间的关系，及材料变形抗力差异对各组元压下率的影响关系模型；2 、不同总压下率条件下，复合板在轧前和轧后各组元层厚比的变化规律；3 、轧制变形区内复合板各组元层厚比的变形规律及协同性研究。

拟采取的研究方案及可行性研究

◆ 选用不同性能实验金属板材： 1mm 厚的 A 类（ AA1100 工业纯铝）， 2mm 厚的 B 类（工业纯铝、 AA7075 铝合金、 AZ31 镁合金、TA2 工业纯钛、 SS400 钢、铜）。

AnnealingRivet

B

A

Surface treatment with stainless steel brush

Heated

Hot rolling bonding

Cold rolling

Process annealing Three-layer clad plate

图 3 复合板轧制复合示意图

◆ 实验流程：采用不锈钢刷对表面进行处理，并对板材表面清洗处理，然后按 ABA 和 ABABA 方式进行叠合成 4mm 和 7mm 的板坯，铆接固定后采用冷轧或热轧工艺轧制成 1mm 以下的复合金属板材，如图 3所示。对上述得到的复合板材进行累积叠轧（冷轧ARB 和热轧 ARB ）。

拟采取的研究方案及可行性研究

图 4 复合板累积叠轧示意图

◆ 如图 4 所示，得到多层金属复合板材。

拟采取的研究方案及可行性研究

金属层状板材加工制备方面◆ 采用“内插块”或销钉模拟层状复合板轧制制备过程中金属的塑性变形，并对金属层状板材横向宽展变形对力学性能和微观组织结构的影响进行研究。◆ 设计多种金属层状复合材料（金属种类、层厚、不同结合界面等），研究轧制加工过程中影响微观组织和调控材料强韧化的设计和工艺参数。

本项目的特色及创新之处

本项目的特色及创新之处

金属复合板轧制界面结合微观机制◆ 设计了不同界面类型（共格、非共格）、界面处理方式（机械、阳极氧化）、加入纳米颗粒等不同处理方式，深入研究金属层状复合板材界面优化设计的理论。◆ 设计“轧卡试验”，获得轧制复合变形区，得到层状复合板材的过渡结合界面，进行定量微观表征，分析界面结合机理。◆ 利用轧后金属复合板材的热处理来制备微梯度层状复合界面，为金属层状复合材料的界面设计和控制方式提供了新的思路。

项目研究预期成果 通过对不同金属层状复合板材轧制制

备过程中微观组织和结合界面特征的深入系统定量微观表征；阐明金属层状复合板材的协同效应、复合效应和界面微观结合机制；建立金属层状复合板材协同效应模型和界面设计的理论体系。阐明金属层片状复合板材加工制备过程中影响金属塑性变形机制和强韧性控制因素。为解决阻碍金属层状复合板材轧制加工制备的技术难题和新型层状金属复合板材界面设计提供新的科学思路和技术指导。为提高金属层状复合板轧制加工制备过程中微观组织的控制和力学性能的优化提供理论研究基础。

通过对不同金属层状复合板材轧制制备过程中微观组织和结合界面特征的深入系统定量微观表征；阐明金属层状复合板材的协同效应、复合效应和界面微观结合机制；建立金属层状复合板材协同效应模型和界面设计的理论体系。阐明金属层片状复合板材加工制备过程中影响金属塑性变形机制和强韧性控制因素。为解决阻碍金属层状复合板材轧制加工制备的技术难题和新型层状金属复合板材界面设计提供新的科学思路和技术指导。为提高金属层状复合板轧制加工制备过程中微观组织的控制和力学性能的优化提供理论研究基础。

铝/铝

层状结构复合材

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