纯Cu过渡层调控挤压温度对ZK61/7075层状复合材料微观结构与力学性能的影响机制

为解决Al/Mg层状复合材料因界面脆性金属间化合物(IMCs)导致力学性能下降的问题，研究人员通过引入纯Cu过渡层，采用挤压技术成功制备7075/ZK61层状复合材料，系统探究挤压温度(330-450°C)对微观组织(晶粒尺寸、析出相、位错密度)和力学性能(屈服强度YS、极限抗拉强度UTS、延伸率)的影响。结果表明：450°C挤压时材料获得最高强度(YS 203 MPa, UTS 378 MPa)，而330°C时延伸率达19.3%。该研究为高性能Al/Mg复合材料的制备提供了新思路。

　　

在航空航天和汽车制造领域，镁(Mg)合金与铝(Al)合金的复合应用一直被视为实现轻量化的理想方案。然而，当这两种金属直接接触时，界面处会形成硬脆的Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇金属间化合物(IMCs)，如同在材料内部埋设了"隐形裂纹"，严重制约复合材料的力学性能。传统解决策略如轧制、搅拌摩擦焊等虽能实现复合，但IMCs问题始终如影随形。云南某高校团队独辟蹊径，选择高强度7075铝合金与ZK61镁合金作为研究对象，创新性地引入纯铜(Cu)过渡层，通过挤压工艺成功制备出性能优异的层状复合材料，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: A》。

研究采用商用T6态7075(6mm)和ZK61(5mm)轧制板材，以0.5mm纯Cu箔作为过渡层，通过线切割制备40×16×6/5 mm³坯料。ZK61经420°C/12h固溶处理，7075经480°C/1h固溶+120°C/24h时效处理。采用堆叠组装法在330-450°C温度区间进行挤压成型，通过电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)等手段分析微观组织，结合室温拉伸测试评估力学性能。

宏观形态与微观结构
未添加Cu过渡层的试样出现明显界面分离，而引入Cu层后各金属层呈连续分布。7075层以变形晶粒为主，晶粒尺寸不受挤压温度影响，但基体中η(MgZn₂)相析出量随温度升高而增加。ZK61层则呈现完全再结晶组织，晶粒尺寸从330°C的3.2μm增至450°C的8.7μm，且晶粒c轴与挤压方向的夹角随温度升高而增大。值得注意的是，Cu层在挤压过程中形成梯度扩散带，有效阻隔了Al-Mg直接反应。

力学性能
材料强度与挤压温度呈正相关：450°C时获得峰值强度(YS 203 MPa, UTS 378 MPa)，较330°C分别提升23%和18%。但延伸率从19.3%降至12.5%，呈现"强度-塑性"倒置关系。通过施密特因子(Schmid Factor, SF)分析发现，ZK61层基面滑移的SF值随温度升高而降低，同时7075层析出相增多，二者共同贡献强度提升。塑性下降则归因于ZK61晶粒粗化、基面滑移几何相容因子降低以及7075层析出相增多导致的位错运动受阻。

结论与意义
该研究突破性地证实：纯Cu过渡层能有效抑制Al-Mg IMCs形成，使7075/ZK61复合材料实现良好界面结合。通过调控挤压温度可精准协调"强度-塑性"矛盾：高温(450°C)利于获得高强度，低温(330°C)则保障高塑性。这一发现不仅为航空航天用轻量化材料设计提供了新范式，其提出的"过渡层+温度调控"双策略更为其他易产生有害IMCs的金属复合体系(如Ti/Al、Fe/Mg等)提供了普适性解决方案。特别值得关注的是，材料中Cu层的引入还可能赋予其导电性能的额外优势，为多功能复合材料开发开辟了新路径。