《Materials Characterization》：Effect of annealing temperature on the microstructure and property of roll-bonded five-ply ASS/Al/Mg/Al/ASS laminated composites
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五层叠层金属复合材料（304不锈钢/1060铝/AZ31镁合金/1060铝/304不锈钢）通过热轧制备，系统研究退火温度对微观结构和力学性能的影响。退火后AZ31层静态再结晶导致晶粒尺寸先减小后增大，250℃时界面无金属间化合物（IMCs），机械性能最优；300℃时IMCs（Mg17Al12、Al3Mg2）形成导致性能下降。基面织构保持稳定，非基面滑移激活增强。Cl-置换Cr2O3膜中O2-，引发局部腐蚀。摘要结束。
Jiaqi Zhao|Pengcheng Xia|Kun Xie|Meiqing Cao|Hong Yan
山东科技大学材料科学与工程学院，中国山东省青岛市266000
摘要
本文采用热轧工艺制备了由304奥氏体不锈钢（ASS）、1060铝合金和AZ31镁合金交替层组成的五层层压金属复合材料（LMC）。系统研究了退火温度对微观结构演变和力学性能的影响。热轧后，AZ31层呈现出变形的微观结构，其特征是存在许多细小的再结晶晶粒和变形孪晶。退火过程中，AZ31层开始发生静态再结晶，晶粒尺寸先减小随后随退火温度升高而增大。原始轧制态复合材料的AZ31/1060界面具有良好的冶金结合，未形成新的相或界面缺陷。然而，当退火温度超过250°C时，在AZ31/1060界面观察到由Mg??Al??和Al?Mg?组成的金属间化合物层。热轧后的强（0001）基面织构在退火后基本保持不变。此外，非基面滑移系的Schmid因子增加，表明非基面滑移得到了增强。在250°C下退火的复合材料表现出显著提高的极限抗拉强度和伸长率。但当退火温度升高到300°C时，力学性能下降，这归因于脆性金属间化合物的形成。无论是原始轧制态还是退火态的复合材料板材都表现出优异的耐腐蚀性。然而，发现氯离子（Cl?）会取代Cr?O?钝化膜中的氧离子（O2?），形成可溶性化合物如CrCl?，从而导致保护性氧化层的局部破坏。
引言
近年来，先进的轻质材料因其高比强度和刚度而受到广泛关注。镁（Mg）合金是最轻的结构材料之一，广泛应用于航空航天、交通运输、电子通信等领域[1]。然而，其较差的耐腐蚀性、不足的强度和刚性严重限制了其进一步的应用。许多研究致力于提高镁合金的力学和耐腐蚀性能[[2], [3], [4], [5]]。一种有效的方法是在镁合金表面包覆其他金属材料。例如，已经开展了大量关于Al/Mg/Al层压金属复合材料（LMC）制备的研究。界面结构对这些复合材料的力学性能和成形性起着关键作用。Macwan等人[6]报告称，Al/Mg界面层的厚度随退火温度和时间的增加而增加，在250°C退火后观察到最高的抗拉强度。先前的研究表明，界面的厚度和形态显著影响界面结合强度。为了提高结合性能，提出了两种主要策略。Wang等人[7]引入了三维（3D）界面层，以增加Mg层和Al层之间的接触面积，从而有效抑制了裂纹扩展；Tian等人[8]使用Zn或Ti箔作为过渡层来增强界面结合强度。尽管如此，Al/Mg/Al LMC的整体力学性能仍未达到理想水平。
尽管Al/Mg/Al层压金属复合材料（LMC）具有优异的耐腐蚀性，但其力学强度仍然相对较低。为了解决这一问题，应在LMC的制备中使用比铝合金（Al）具有更高强度和刚度的包覆材料。奥氏体不锈钢（ASS）因其室温下的高强度和刚度而被认为是最合适的候选材料之一。然而，ASS与镁合金在物理和力学性能上的显著差异给通过传统轧制工艺实现强冶金结合带来了挑战。ASS/Al合金LCM已经成功制备，并展示了优异的力学和界面性能。因此，使用Al合金作为中间层来制备ASS/Al/Mg LMC是一个有前景的策略。Hao等人[9]通过热轧成功制备了五层ASS/Al/Mg/Al/ASS LMC。先前的研究对ASS/Al/Mg LMC的界面形态和微观结构特征给予了相当多的关注。然而，仍需要进一步研究以全面理解综合力学性能与镁合金层微观结构和织构演变之间的关系。
以往的研究主要集中在传统Al/Mg/Al层压复合材料的界面行为上。相比之下，关于热处理温度对五层ASS/Al/Mg/Al/ASS复合材料微观结构和力学性能影响的研究仍然有限。因此，本研究探讨了通过热轧制备五层ASS/Al/Mg/Al/ASS层压金属复合材料的方法。适当的退火处理促进了原子扩散，提高了AZ31层的再结晶比例，并减少了Al/Mg界面处的缺陷和残余应力。但其最重要的影响在于金属间化合物的形成和形态演变。当金属间化合物层足够薄时，会出现界面尺寸效应，从而有效增强界面结合强度，防止分层。系统分析了退火温度对复合材料板材微观结构和力学性能的影响。这项研究对于充分发挥复合材料的潜力及其在结构和功能领域的应用具有重要意义。
材料
本研究使用的材料为商业化的原始轧制AZ31镁合金、1060铝合金和304奥氏体不锈钢（ASS-304）板材。化学成分（重量百分比）见表1。AZ31镁合金、1060铝合金和304不锈钢的厚度分别为3毫米、1毫米和0.5毫米。所有板材均采用线切割电火花加工方法切割成50毫米×80毫米的矩形。
AZ31合金的微观结构
图2展示了轧制前后AZ31合金的微观结构。轧制前，合金的晶粒尺寸分布不均匀，没有明显的粗大变形织构（图2a）。在热轧条件下（450°C，48%的压减率），包覆板中的AZ31层呈现出带状变形晶粒、明显的剪切带和变形孪晶（图2b）。轧制后，在孪晶边界附近观察到细小晶粒。
众所周知，
结论
本文系统研究了退火温度对304/Al/Mg/Al/304复合板材界面微观结构和力学性能的影响。主要研究结果如下：
(1) 轧制后，AZ31层呈现出变形的微观结构，其中包含许多细小的再结晶晶粒和明显的剪切带。随着退火温度的升高，晶粒尺寸先减小随后增大。
作者贡献声明
Jiaqi Zhao：撰写——初稿、方法论、研究、数据整理。Pengcheng Xia：撰写——审阅与编辑、指导。Kun Xie：指导、方法论。Meiqing Cao：研究、正式分析。Hong Yan：撰写——审阅与编辑、资金获取。
利益冲突声明
作者声明与本研究无利益冲突。我们声明与任何可能不恰当地影响我们工作的人或组织没有财务和个人关系，也没有任何可能影响本文观点或手稿评审的职业或其他个人利益。
致谢
本研究得到了中国自然科学基金（编号：52271107）的支持。
