层压金属复合材料（LMCs）作为一种有前景的结构材料，能够缓解整体合金中固有的强度-延展性trade-off问题。通过交替堆叠具有不同性能的金属，LMCs可以同时利用一种组分的高强度和另一种组分的延展性或韧性，并受益于界面约束效应和多层变形机制[1]。通过合理设计层厚度、成分选择和界面结构，这些复合材料可以表现出增强的应变硬化、延迟的颈缩现象以及优异的损伤容忍度[2,3]。迄今为止，已经开发出了多种层压系统，包括Ti/Al、Mg/Al、Fe/Al、Fe/Cu等，每种系统都提供了不同的强度、重量和成型性组合[4]。在各种LMC系统中，Ti/Al层压材料因其高比强度、良好的耐腐蚀性和优异的热稳定性而成为一类有前景的轻质结构材料[5]。
LMCs的结构完整性和机械响应不仅取决于各层本身的性能，更根本地取决于介导载荷传递和应变相容性的界面性质。界面结合强度、晶粒形态、局部异质性、残余应力分布和应变分配行为等因素共同决定了复合材料的宏观强度-延展性响应[[6], [7], [8]]。在设计良好的层压金属复合材料中，相邻层之间的应变不兼容性可以通过界面介导的约束来缓解，这种机制促进了背应力硬化并延迟了颈缩的发生[9]。然而，当界面两侧的塑性、热膨胀或微观结构特性存在显著差异时，变形可能会受到局部损伤积累、过早分层或脆性断裂的控制[7,10,11]。因此，实现有效的应变协调需要仔细控制界面强度、机械柔顺性和微观结构相容性之间的平衡。
在先进的制造领域中，增材制造（AM）技术展示了优化高价值结构材料微观结构和服务性能的巨大潜力。近期研究强调了AM在提高难熔高熵合金[12]、钛合金[[13], [14], [15]]和硬质合金[16]的机械性能、耐腐蚀性和耐磨性方面的有效性。作为AM技术的一个独特分支，超声波增材制造（UAM）提供了一种固态制备多层Ti/Al层压材料的方法，与传统冶金连接技术相比具有明显优势[[17], [18], [19]]。通过在中等正常压力下施加高频机械振动，UAM在不熔化基材的情况下产生局部塑性剪切和界面加热，促进金属间的紧密接触，破坏天然氧化膜，并抑制脆性金属间化合物的形成，同时减少残余热应力[20]。与熔焊相比，UAM是一种固态工艺，避免了熔化引起的热变形和凝固相关缺陷。与爆炸焊接或滚压焊接相比，它提供了更好的空间控制、更安全的操作方式，并能够连接不同种类的金属而不会产生全局塑性变形或外部加热[21]。这些特性使得UAM特别适用于复杂多功能层压金属复合材料的制造[22]。然而，逐层沉积过程的固有方向性会导致界面形成条件的不对称性。连续粘结步骤中的摩擦能量输入和热积累变化会在不同界面产生异质微观结构，表现为晶粒形态、位错密度和局部相变的差异[23]。这种界面异质性可能显著影响层间的应变传递和变形协调，但目前对于加工诱导的不对称性与宏观机械响应之间的机制联系仍了解不足[24,25]。
通过UAM制造的LMCs的机械性能在很大程度上取决于界面微观结构的完整性。具有细化晶粒、破坏的氧化层和紧密金属接触的界面能够有效传递应变并延缓失效的发生[21,26]。这些特性通常是通过粘结过程中的局部剪切和动态再结晶实现的[27]。相比之下，含有空洞、氧化膜或未恢复变形结构的界面则容易促进早期分层和脆性断裂[28]。热处理是一种有效的策略，可以缓解LMCs中的残余应力并调整微观结构[8,[29], [30], [31], [32]]。高温退火可以促进再结晶并提高延展性，但也会加速金属间化合物的生长，这可能会损害强度和韧性[8,32]。相比之下，短时低温热处理提供了一个有前景的替代方案。它有助于应力松弛、部分恢复或再结晶，并抑制过度的界面反应。然而，直接将界面微观结构演变与此类处理条件下的宏观机械行为相关联的系统研究仍然有限。深入理解这些机制对于设计热稳定、高性能的层压结构至关重要。
在本研究中，使用超声波增材制造技术制备了Ti/Al层压复合材料，并对其进行了短时低温退火处理。通过电子背散射衍射、纳米压痕映射、透射电子显微镜以及全场DIC原位拉伸测试，研究了界面结构和变形行为的演变。建立了一个考虑层间热扩散的改进摩擦热模型，以阐明界面不对称性的物理起源。通过将微观结构特征与局部应变分布模式和整体拉伸性能相关联，本研究旨在阐明界面结构如何控制Ti/Al层压材料中的应力传递和变形相容性。这些发现为设计界面可控的多层系统提供了机制上的见解，并有助于推动UAM作为制造高性能异种金属层压材料的可靠方法的发展。
