导读：层压金属复合材料（LMC）是一种独特的复合材料，在汽车、船舶、飞机等制造业具有广阔的应用前景。作为一种轻质材料，Mg/Al LMC有望结合Mg和Al两种合金的优点，拓宽其应用前景。轧辊粘接法生产效率高，产品质量稳定性好，是镁铝复合材料最常用的制备方法。辊粘结过程涉及衬底的变形和界面扩散层的形成。后者将直接确定Mg/Al LMC的界面键合强度。结合强度对扩散层中反应层的厚度非常敏感。当反应层厚度超过5 μm时，结合强度急剧下降。因此，控制反应层的厚度对于轧制参数的设计非常重要。最新研究还表明，添加中间层金属和构建三维界面可以进一步提高界面粘结强度。如何将这些方法应用于滚轧粘接是未来研究的重点。近年来，发展了一种新的轧制工艺——瓦楞辊/平辊+平辊/平辊轧制，以制备镁铝复合材料。它可以有效地促进硬层的变形，并产生波状界面，从而提高粘合质量和轧制质量。

各种金属的杂化复合材料一直是提高强度、塑性、刚度、冲击性能、耐磨性等性能的有效方法。杂化金属的结构是决定复合材料性能的重要指标。金属多层复合板是一种典型的混合金属复合材料。近年来，已制备出各种多层复合板，即Ni/Ti、Al/钢、Al/Cu、Cu/Ni、Mg/Al、Ti/Al等。其中，Mg/Al LMCs 受到了广泛关注。镁、铝及其合金作为轻金属结构材料，已广泛应用于汽车、航空航天等领域。Mg/Al LMCs 的制备有望利用 Mg 和 Al 各自的优势。众所周知，镁及其合金是最轻的金属，作为结构材料具有高比强度、高比刚度和优异的阻尼能力等优点.相比之下，铝及其合金具有更优异的耐腐蚀性和成型性。因此，Mg/Al或Al/Mg/Al LMCs有望结合镁合金和铝合金的优点，拓宽其应用前景。

对此，重庆大学潘复生院士团队进行了深入研究。本篇综述详细阐述了轧制参数和后续退火对Mg/Al LMC界面结构的影响。还总结了一些特殊轧制技术在镁/铝LMC制备中的应用。综述了Mg/Al LMC界面结构与力学性能之间关系的最新研究结果成果。最后，提出了该领域的进一步研究方向。项关于研究成果以题为Preparation, structure and properties of Mg/Al laminated metal composites fabricated by roll-bonding, a review发表在Journal of Magnesium and Alloys上。

链接：https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.08.001

图1 滚接原理图

滚压键合过程中，原子在界面处扩散形成扩散层，形成冶金键合。对于 Mg/Al LMC，扩散层包含 Mg (ss)-反应层（γ-Al 12 Mg 17层 +β-Al 3 Mg 2层）-Al（SS）。扩散层的厚度和结构对结合强度有很大影响。一般当扩散层的厚度增加到5μm以上时，界面结合强度就会大大降低。这与反应层脆性 IMCs 的形成有关，这有利于裂纹的产生和扩展。此外，反应层晶粒尺寸和形貌的控制对结合强度也有本质的影响。后退火轧制可有效降低扩散层厚度，使界面处的柱状晶粒细化为等轴晶粒。这种变化有利于界面结合强度的提高。因此，为了提高粘接强度，

图2  (a) Al-Mg二元相图；(b)扩散键合(450°C/60 min) Mg/Al LMC的SEM-BSE图像

图4  (a) 20%， (b) 40%， (c) 50%还原率下AZ31/1060/AZ31 LMC的SEM显微图。退火后1060Al的TEM图像：在(d) 20%， (e) 40%， (f) 50%还原率下，Mg/Al/Mg LMC中的Al层

图6  典型的SEM图像显示了多道次轧制Al/Mg/Al LMC的界面微观结构。(a) 1060/Mg-Al-Mn-Ce/1060 LMC， (b) 6061/AZ31/6061

图8  5052/AZ31 LMC辊轧结合界面SEM图：(a) 400℃退火10min后，(b) 400℃退火后第二道次(35%)。3004/AZ31 LMC结合界面的亮场TEM图：(c) 300℃退火60 min后(d) 300℃退火后第二道次(41%)

图11  1050/AZ31/1050 LMC经ARB处理后Mg和Al层组织演变的EBSD图：(a) 1循环，(b) 2循环，(c) 3循环，(d) 4循环，(e) 5循环。

图12  5052/纯Mg/5052在ARB加工过程中的织构演变：(a) (0002) Mg层的极图，(b) Al层的odf

图14  Al/Mg/Al LMC在ARB加工过程中纵向截面的SEM显微图：(a)主夹层，(b) 1次循环，(c) 2次循环，(d) 3次循环

图16  (a) (d) 1次、(b) (e) 2次、(c) (f) 3次ARB处理后Al/AZ31多层复合材料的SEM截面显微图和相应的EDS线扫描图

ARB 键合也被用于制备多层 Mg/Al LMCs。在以往的研究中，微观结构和宏观结构的演变在 ARB 键合过程中进行了研究。ARB循环的增加将导致Mg层和Al层之间应变分配的变化，硬质层的颈缩和断裂，以及界面处IMCs的形成和破碎。这些结构的演变对 ARBed Mg/Al LMCs 的整体力学性能有重要影响。然而，关于力学性能与ARBed结构之间关系的研究很少受到关注。随着 ARB 循环次数的增加，Mg/Al LMCs 的强度和延展性会降低。这与 ARBed 整体式铝合金或整体式镁合金有很大不同。作为一种严苛的塑性加工工艺，采用高循环 ARB 可以获得超细晶粒。

图17  特殊轧辊粘接工艺示意图：(a)差速轧制；(b)双辊浇铸，(c)瓦楞辊+平辊粘接

图18  as-TRC条件下反应区的微观结构：(a) SEM图，(b) TEM图(插图：Mg17Al12的区轴衍射图)和(c) EBSD反极图

图22  典型的SEM图像显示了Al/Mg/Al复合板在(a)轧制状态和(b) 200°C， (C) 250°C， (d) 300°C， (e) 350°C， (f) 400°C 2h退火状态下的界面微观结构

图24  5052/AZ31/5052界面热轧结合和退火后的TEM结果。(a) Al/Al3Mg2， (b) Al3Mg2/Mg17Al12， (c) Mg17Al12/Mg

图27  (a)和(b)制备含梯形中间层Al/Mg/Al的示意图，(c) RD-TD平面宏观形貌，(d) TD-ND平面宏观形貌

图31 (a)二次轧制对轧制后和退火后3004/AZ34 LMC结合强度的影响。(b)界面形状对轧制6061/ZK60/6061 lcc结合强度的影响(T： 3D形状，P： 2D形状)

图34 (a) 7075/Mg-Gd-Y-Zr/7075 LMC的典型应力-应变曲线，(b) STS430/3004/AZ31 LMC ， (c) AZ31的典型应力-应变曲线

除了常规的轧制工艺外，本文还提出了一些特殊的轧制工艺来制备异种金属的LMCs，如DSR、TRC、CFR等，这些工艺在制备LMCs方面各有优势。CFR 已被应用于制造 Mg/Al LMCs。CFR可以有效提高粘合质量和轧制质量。然而，滚压机理和滚压参数对力学性能的影响还有待进一步研究。此外，其他特殊轧制工艺很少用于制备 Mg/Al LMCs。未来的研究可能集中在如何使用这些独特的轧制工艺来实现 Mg/Al LMCs 的高性能。