近幾十年來，鎂合金制造的零件因其低密度、高比強度和剛度的理想組合而引起了相當(dāng)大的關(guān)注。鎂合金板作為均質(zhì)結(jié)構(gòu)材料由于其較差的可加工性而受到限制。據(jù)報道，通過引入一層或多層鋁來形成鋁/鎂（多）層復(fù)合材料，可以顯著提高鎂層的可加工性。目前，爆炸焊接(EXW)是制造由鋁和鎂合金板的最佳方法之一。現(xiàn)有報道中關(guān)于鋁和鎂合金EXW過程中形成金屬間化合物的報道極為稀少，只有少數(shù)論文涉及兩層或三層復(fù)合材料的接頭起源，所得結(jié)果存在一定爭論。盡管已有研究成功制備出多層復(fù)合材料，但很少有人關(guān)注該工藝在考慮Al和Mg基金屬成分方面的特殊性。尚不清楚EXW參數(shù)如何影響板的宏觀/微觀結(jié)構(gòu)，即復(fù)合材料界面的波浪/平坦特征、結(jié)合層內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分；界面結(jié)構(gòu)的變化是否會影響進一步熱處理操作期間擴散過程的動力學(xué)也不明確。

波蘭科學(xué)院的一項最新研究探討了單次EXW制備多層AZ31和AA1050復(fù)合材料的顯著特征，確定層狀復(fù)合材料結(jié)合質(zhì)量和均勻性的影響因素，通過退火促進金屬間化合物層的形成。相關(guān)論文以題為“Effect of impact loading and heat treatment on microstructure and properties of multi-layered AZ31/AA1050 plates fabricated by single-shot explosive welding”發(fā)表在Materials & Design。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110411

研究發(fā)現(xiàn)，在所施加的爆速下只有第一個界面呈波浪狀，而其他界面是半平坦或平坦的。在所有界面附近，局部熔化和快速凝固形成了由各種化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的相組成反應(yīng)區(qū)域。在反應(yīng)區(qū)域中發(fā)現(xiàn)兩種平衡相（γ-Mg17Al12和β-Mg2Al3），大部分凝固的熔體由非平衡相組成，呈現(xiàn)出無定形或超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。構(gòu)成反應(yīng)區(qū)域的相顯微硬度在358-419 ?HV范圍內(nèi)，約是Al的8倍和Mg的5倍。母板的界面層經(jīng)歷了嚴(yán)重的塑性變形，導(dǎo)致晶粒細(xì)化。多層復(fù)合材料的后續(xù)熱處理誘導(dǎo)了高硬度γ-Mg17Al12和β-Mg2Al3層的快速形核和生長。在預(yù)先存在的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，具有各種化學(xué)成分的區(qū)域系統(tǒng)地轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-Mg2Al3相。結(jié)合區(qū)域作為β-Mg2Al3相形核中心，加速了加熱過程中Mg和Al之間的反應(yīng)。

圖1 Mg(AZ31)/Al(AA1050)多層復(fù)合材料橫截面的SEM圖

圖2 界面層的SEM/BSE圖

圖3 截面的SEM/BSE圖和成分分析

圖4 擴散層中裂紋形成的SEM/BSE圖

圖5 界面附近形成擴散亞層的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分分析

在退火過程中施加3 MPa的壓力能夠有效避免加熱過程中結(jié)合層分離，但無法防止β-Mg2Al3相中線性裂紋的形成，這顯著降低了復(fù)合材料的可成形性。在試驗期間，觀察到結(jié)合層的快速分離。在573 K下測試的樣品具有最高的完整性。對于所有退火樣品和其他溫度下測試的焊后樣品，接頭強度顯著降低，并且由于β-Mg2Al3相內(nèi)部形成裂紋，將沿所有界面發(fā)生分離。本文闡明了熱處理期間層狀復(fù)合材料結(jié)合層擴散的動力學(xué)，本研究對爆炸焊制備層狀復(fù)合材料的實際應(yīng)用有積極作用。