通过设计有序的大尺度互锁结构，在CuAl/Fe双金属层压复合材料中实现牢固的界面结合

《ACTA MATERIALIA》：Achieving strong interface bonding in CuAl/Fe bimetal laminated composites via tailoring an ordered large-scale interlocking structure

　　

彭波|董博文|孟兆良|辛同正|何竹斌|李杰华|李廷菊|解金川

摘要

设计大规模互锁结构是提高异质界面结合强度的最可靠方法之一。在本研究中，采用了连续固液结合工艺制备了具有互锁结构界面的Cu-7Al/DT4双金属层压复合材料。此外，还通过微观结构观察、力学性能测试、热力学分析、分子动力学模拟和密度泛函理论计算阐明了界面晶间穿透的形成机制。研究发现，在Cu-7Al与DT4之间形成了厚度约为20 μm的互锁结构层，其结合强度超过了Cu-7Al本身的剪切强度（约250 MPa）。溶质原子的类型和浓度以及保温时间被认为是影响晶间穿透形成的关键因素。此外，这种有序的大规模互锁结构的形成主要归因于Fe的结构转变、表面扩散、晶界/体积扩散、马兰戈尼效应以及界面/晶界的迁移。通过设计合适的晶间穿透结构，可以克服界面氧化物的阻碍，从而实现界面的牢固结合。更重要的是，除了Cu-7Al/DT4体系外，Cu-Sn和Cu-Zn体系中也实现了类似的大规模晶间穿透现象，这充分表明该方法确实适用于双金属层压复合材料。本研究为制备具有强界面的各种双金属层压复合材料提供了一种高效的方法，并为新型双金属层压复合材料的设计奠定了基础。