1研究背景

隨著現代工業的快速發展，單一金屬材料越來越難以滿足高性能要求與合理成本的雙重挑戰。復合材料，尤其是金屬基復合材料，因其優異的綜合性能而成為解決這一問題的有效途徑。在眾多金屬復合材料中，Cu-Al（銅-鋁）復合材料因其結合了銅的高導電性和鋁的低密度而備受關注，廣泛應用于電力傳輸設備等領域。然而，Cu-Al復合材料在實際應用中常常面臨一個嚴峻的問題：界面結合強度不足。由于Cu和Al在界面處極易形成脆性金屬間化合物，這些化合物的存在嚴重降低了界面的結合強度，導致復合材料在復雜載荷（如扭轉和彎曲）下容易發生斷裂或失效。傳統的解決方法是通過減少金屬間化合物層的總厚度來提高界面結合強度，但這種方法在實際應用中存在局限性。隨著加工技術的進步，金屬間化合物層的厚度已經接近下限，但即便如此，界面結合強度仍然不足以滿足某些苛刻應用（如航空航天領域）的長期服務要求。因此，開發新一代具有高界面結合強度的Cu-Al復合材料成為了材料科學領域的一個重要研究方向。

2成果簡介

在這項研究中，研究人員通過合金設計和工藝控制，成功開發了一種新型Cu合金/Al合金界面，其剪切強度達到了126±15 MPa，幾乎是之前研究報道值的兩倍。這一卓越的界面結合強度歸因于特殊的界面結構，該結構由脆性金屬間化合物層內部通過栓狀的亞穩Cu2Al3相連接而成。在固液復合加工過程中，Cu和Al合金界面處形成了液態擴散層。隨后，在Cu側形成了Cu4Al7Ni前驅相，并轉變為具有帶狀結構的亞穩Cu2Al3相。最終，形成了與Cu2Al3相完全連接的Cu9Al4和CuAl2層。Cu2Al3相的帶狀排列作用是阻斷裂紋擴展，并使裂紋偏轉至共晶層和Al合金中，從而實現了超高的界面結合強度。這項工作表明，通過調整界面結構而不是減少界面厚度，可以實現高界面結合強度，為開發高性能雙金屬界面開辟了新途徑。

3圖文導讀

圖1  展示了樣品#1的界面形態，包括不同放大倍數下的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，以及對應的能譜分析（EPMA）圖。

圖2  展示了樣品#2的界面形態，同樣包括不同放大倍數下的SEM圖像和EPMA圖。

圖3 透射電子顯微鏡（TEM）分析樣品#1界面相的晶體結構，包括高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）和環形明場掃描透射電子顯微鏡（ABF-STEM）圖像。

圖4 TEM分析樣品#2的復合界面相，展示了亮場圖像和選區衍射圖樣。

4小結

文獻：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120589