Cu粉夹层退火调控Mg/Al复合板界面结构与性能的协同强化机制

为解决Mg/Al复合板因晶体结构差异导致界面结合弱化及高温退火时脆性金属间化合物(IMCs)连续生长的问题，研究人员通过冷喷涂Cu粉夹层与热轧复合技术，系统研究了退火温度对界面演化和剥离性能的影响。研究发现225℃退火可使剥离强度提升25.1%至10.15 N/mm，揭示了Cu粉通过形成离散纳米/非晶相(AlCu、Al4Cu9等)的协同钉扎效应抑制Mg17Al12/Mg2Al3连续生长的双重调控机制，为拓展轻量化材料服役温度范围提供新策略。

　　

在航空航天和交通运输领域，镁(Mg)铝(Al)复合板因其轻质高强的特性备受青睐，但这对"轻量化CP组合"却面临着一个致命弱点——镁的六方密排(HCP)结构与铝的面心立方(FCC)结构存在天然不匹配，导致界面结合强度不足。更棘手的是，当温度升高时，界面处会形成连续的脆性金属间化合物(如Mg₁₇Al₁₂和Mg₂Al₃)，就像在接缝处铺了一层玻璃，轻轻一碰就会碎裂。如何打破这种"高温魔咒"，成为拓展材料应用范围的关键瓶颈。

重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心的研究人员独辟蹊径，采用冷喷涂技术在热轧复合前将铜(Cu)粉末"镶嵌"到镁板表面，通过精确调控退火工艺，成功让材料界面强度实现"逆势上扬"。这项发表在《Journal of Alloys and Compounds》的研究揭示：当退火温度控制在225℃时，复合板的剥离强度达到10.15 N/mm，比轧制态提升25.1%，甚至优于多数无铜夹层的复合板在室温下的表现。

研究团队采用冷喷涂沉积Cu粉层（N₂气体4 MPa/700℃）与单道次热轧（450℃/56%压下量）相结合的制备工艺，通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等多尺度表征手段，系统分析了不同退火温度(150-400℃)下界面微观结构的演变规律。

Peel results
剥离测试曲线呈现明显的"抛物线"特征：低于300℃时，Cu粉夹层样品(CSCu)的剥离强度随温度升高而增加，225℃达到峰值；超过300℃后虽有所下降，但400℃时仍保持6.7 N/mm，显著优于无Cu夹层样品(NCS)。这表明Cu粉创造了独特的温度响应型界面强化机制。

Influence of annealing temperature
微观分析揭开了性能突变的奥秘：在低温区(<300℃)，Cu粉与局部分解的Mg-Al IMCs形成"纳米/非晶相联盟"——包括AlCu、Al₄Cu₉、Al₅Cu₆Mg₂等化合物，它们像微型铆钉般钉扎在界面；而在高温区(>300℃)，虽然Cu粉仍能抑制IMCs连续生长，但过厚的脆性层最终导致性能衰减。这种"双阶段调控"机制通过四重抗裂纹途径实现强化：1)跨越相界耗能；2)三叉晶界应力集中；3)Cu粉诱导裂纹偏转；4)非晶相介导的曲折扩展路径。

Conclusions
该研究建立了Cu粉夹层在Mg/Al复合板中的"温度-结构-性能"调控图谱：最佳退火窗口(200-250℃)内，离散分布的纳米/非晶相与Cu粉协同构建多级强化网络，而高温下则需权衡IMCs抑制与基体性能的平衡。这一发现不仅为设计耐高温轻量化复合材料提供了新思路，其揭示的"局域钉扎-全局协调"强化机制也可推广至其他异种金属复合体系。特别值得注意的是，冷喷涂技术的引入突破了传统轧制复合对夹层厚度的限制，为工业化应用铺平了道路。