金屬層狀復(fù)合材料可整合單一金屬的優(yōu)異性能，在航空航天、高端制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但鈦、鋁、鎂等異質(zhì)金屬軋制復(fù)合面臨變形不協(xié)調(diào)、結(jié)合強(qiáng)度低等問題。本文基于異溫軋制技術(shù)，系統(tǒng)研究鈦 / 鋁、鈦 / 鎂雙層及鈦 / 鋁 / 鎂、鈦 / 鎂 / 鋁三層復(fù)合板的制備工藝與組織性能，結(jié)合超景深顯微鏡揭示復(fù)合機(jī)理。光子灣科技的超景深顯微鏡憑借高分辨率三維成像能力，可為復(fù)合板界面微觀形貌、斷口特征的精準(zhǔn)觀測(cè)提供關(guān)鍵技術(shù)支持，助力深入解析工藝與性能的關(guān)聯(lián)。

#Photonixbay.

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及研究方法

三層復(fù)合板組坯方式示意圖

a)鈦/鋁/鎂復(fù)合板；b)鈦/鎂/鋁復(fù)合板

1.實(shí)驗(yàn)材料

選用TA1 純鈦、AA6061 鋁合金、AZ31B 鎂合金，尺寸均為100mm×60mm×2mm，其化學(xué)成分及力學(xué)性能明確，板材表面經(jīng)打磨、清洗去除氧化層。

2.軋制工藝

單獨(dú)加熱鈦板異溫軋制：電阻爐加熱鈦板至500~900℃，鋁板或鎂板室溫，壓下率 20%~50%，研究溫度與壓下率的影響。

縱向電磁感應(yīng)加熱：氬氣保護(hù)，以鐵板為中間層對(duì)稱組坯，形成鈦- 鋁（或鈦 - 鎂）溫差，壓下率 17.5%~50.5%，避免氧化且控溫精準(zhǔn)。

橫向電磁感應(yīng)加熱：直接加熱鈦板，控制鈦與鋁/ 鎂溫差，鋁與鎂貼合保相近溫度，制備鈦/ 鋁 / 鎂和鈦 / 鎂 / 鋁三層復(fù)合板，壓下率20%~55%。

3.性能測(cè)試與微觀表征

采用拉剪試驗(yàn)測(cè)結(jié)合強(qiáng)度，拉伸與彎曲試驗(yàn)評(píng)估力學(xué)性能；通過超景深顯微鏡觀測(cè)斷口三維輪廓及粗糙度，SEM、EDS 分析界面元素?cái)U(kuò)散，XRD 鑒定物相。

#Photonixbay.

雙層復(fù)合板研究結(jié)果

異溫軋制結(jié)合機(jī)理示意圖

1.鈦/ 鋁復(fù)合板

變形協(xié)調(diào)性：隨鈦板溫度升高（800℃最佳）和壓下率增大（50%），鈦、鋁變形量差值減小，相對(duì)變形率比值達(dá) 0.95，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變形。

結(jié)合性能：剪切強(qiáng)度隨壓下率提升，800℃、50% 壓下率時(shí)達(dá) 107.5MPa（接近鋁基體）；大壓下率下界面氧化層破裂，鋁擠入裂口與新鮮鈦接觸，形成機(jī)械嚙合與冶金結(jié)合雙重作用。

2.鈦/ 鎂復(fù)合板

異溫vs 同溫軋制：異溫顯著改善變形協(xié)調(diào)，25% 壓下率時(shí)鈦、鎂變形率分別為 23.4%、26.6%；同溫變形差大，界面易開裂。

結(jié)合機(jī)理：同溫以元素?cái)U(kuò)散為主，異溫因鈦層高溫變形產(chǎn)生裂口，鎂擠入形成機(jī)械嚙合，剪切強(qiáng)度最高76MPa（66% 壓下率）。

3.感應(yīng)加熱優(yōu)化效果

縱向感應(yīng)加熱在氬氣保護(hù)下避免氧化，小壓下率（17.5%）時(shí)鈦 / 鋁剪切強(qiáng)度 64MPa（較電阻爐提升 5 倍）；界面潔凈促進(jìn)擴(kuò)散，大壓下率時(shí)斷口呈韌性特征，拉伸與彎曲性能顯著改善。

#Photonixbay.

三層復(fù)合板研究結(jié)果

超景深顯微鏡觀測(cè)鈦/鎂拉剪斷口的三維輪廓

a) 27%/鈦側(cè)輪廓分布；b) 高度云圖；c) 圖 b 中線的粗糙度曲線；

d) 27%/鎂側(cè)輪廓分布；e) 高度云圖；f) 圖 e 中線的粗糙度曲線；

g) 50%/鈦側(cè)輪廓分布；h) 高度云圖；i) 圖 h 中線的粗糙度曲線；

j) 50%/鎂側(cè)輪廓分布；k) 高度云圖；l) 圖 k 中線的粗糙度曲線。

1.鈦/ 鋁 / 鎂復(fù)合板

結(jié)合性能：55% 壓下率時(shí)，鈦 - 鋁界面剪切強(qiáng)度 83MPa，鋁 - 鎂界面 51MPa，雙界面均達(dá)較高強(qiáng)度。

變形與斷裂：各層變形協(xié)調(diào)，斷口從脆性向韌性轉(zhuǎn)變，三維輪廓高度差及粗糙度隨壓下率增大而增加，彎曲性能優(yōu)良。

2.鈦/ 鎂 / 鋁復(fù)合板

變形集中于鎂層，協(xié)調(diào)性差；鎂- 鋁界面因溫度差大，結(jié)合強(qiáng)度低（最高 10MPa），彎曲時(shí)易分層。

3.最優(yōu)組坯順序

對(duì)比可知，以鋁為中間層的鈦- 鋁 - 鎂組坯可實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變形與高結(jié)合強(qiáng)度，為三層復(fù)合板合理工藝。

異溫軋制通過調(diào)控溫度與壓下率，有效改善鈦、鋁、鎂的變形協(xié)調(diào)性，單獨(dú)加熱鈦板或感應(yīng)加熱均可提高復(fù)合強(qiáng)度。其結(jié)合機(jī)理為機(jī)械嚙合與冶金擴(kuò)散雙重作用，感應(yīng)加熱形成的潔凈界面能顯著提升結(jié)合性能。鈦- 鋁 - 鎂組坯為最優(yōu)方案，三層復(fù)合板在大壓下率下綜合性能優(yōu)異。光子灣科技的超景深顯微鏡可對(duì)斷口三維輪廓、界面微觀形貌的精準(zhǔn)觀測(cè)，為解析復(fù)合機(jī)理提供關(guān)鍵依據(jù)，其三維成像精密測(cè)量技術(shù)，將助力高端金屬?gòu)?fù)合材料研發(fā)。

#Photonixbay.

光子灣超景深顯微鏡

光子灣超景深顯微鏡用于對(duì)各種精密器件及材料表面進(jìn)行亞微米級(jí)三維輪廓測(cè)量的檢測(cè)儀器。與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡不同，該設(shè)備擁有更大的景深、更廣的視野、更高的放大倍率、更全的觀測(cè)角度，足以應(yīng)對(duì)各種極具挑戰(zhàn)的觀測(cè)場(chǎng)景。

超清數(shù)字成像器件，3840*2160 800W像素超高速實(shí)時(shí)傳輸

多種HDR技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)亮區(qū)暗區(qū)真實(shí)呈現(xiàn)

先進(jìn)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證真彩與銳利、低畸變圖像質(zhì)量

光子灣超景深顯微鏡以大景深、三位量化、無損高效的特點(diǎn)，可精準(zhǔn)觀測(cè)被攝物體的三維輪廓，為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，是提升工藝質(zhì)量從經(jīng)驗(yàn)判斷到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵一步。未來，光子灣科技將持續(xù)深化對(duì)超景深顯微鏡技術(shù)的研究與應(yīng)用，不斷拓展其在各領(lǐng)域的應(yīng)用邊界，為推動(dòng)高端光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展提供支持。

#超景深顯微鏡#三維成像 #3d顯微鏡 #表面粗糙度 #三維輪廓

感謝您本次的閱讀光子灣將持續(xù)為您奉上更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，與您共同進(jìn)步。

原文參考：《異溫軋制制備鈦/鋁/鎂復(fù)合板工藝方法和組織性能研究》

*特別聲明：本公眾號(hào)所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號(hào)相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，如涉及版權(quán)問題，敬請(qǐng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間核實(shí)并處理。