半固态粉末轧制（Semi-solid powder rolling）将粉末轧制和半固态轧制技术有机结合,是一种短流程、近净成形的金属及其复合材料带材制备新方法。半固态粉末轧制颗粒增强铝基复合带材的过程包括基体粉末与增强颗粒的均匀混合、半固态粉末的制备、半固态粉末的轧制、复合带材的后处理。本文以2024铝合金粉末和B₄C颗粒为原材料,采用半固态粉末轧制法制备B₄C/AA2024复合带材,研究工艺参数对B₄C/AA2024复合带材显微组织特征及力学性能的影响,详细分析了半固态粉末轧制过程中基体显微组织的演变规律、B₄C颗粒在基体组织演变中所起的作用、Al-Al以及B₄C-Al之间的结合机制、半固态粉末轧制的致密化过程、变形与致密化的协同关系、AA2024粉末的氧化机制以及氧化物对带材性能的影响,旨在为半固态粉末轧制技术的发展及应用提供理论指导和技术支持。结果表明:加热温度和轧制力是影响半固态粉末轧制成形的两个重要因素,但其影响方式不同。升高加热温度通过增大液相分数来降低粉末颗粒的变形抗力和破碎强度,借助液相的流动与填充来提高粉末颗粒间的冶金结合强度。轧制力则直接作用在粉末颗粒上促使其发生变形或破碎,通过轧制压实和原子扩散来完成粉末颗粒间的冶金结合。当液相分数低于20%时,液相小熔池孤立分布于粉末颗粒内;当液相分数高于20%时,液相小熔池连接起来形成枝状液网,并延伸至粉末颗粒边界,与相邻粉末颗粒相互搭接。粉末随炉加热至半固态温度以获得半固态粉末的最短加热时间范围是55⁶0min。粉末直接在半固态温度下加热获得半固态粉末的最短加热时间为50min。制备10%B₄C/AA2024复合带材的最佳液相分数为38⁶0%,相对密度范围是0.75⁰.95,布氏硬度最高可达150HB,抗拉强度达250MPa,经过厚度减薄率为0.2的热轧后,复合带材的抗拉强度最高达到500MPa,布氏硬度达到200HB。采用突然中止轧制法获得轧制变形区材料。半固态粉末轧制带材的显微组织演变过程可以分为四个区:供料区、咬入区、致密区以及带材区。在显微组织演变过程中,当液相分数低于20%时,AA2024粉末倾向于发生变形;当液相分数高于20%时,AA2024粉末倾向于破碎。在致密区基本完成了从粉末颗粒向致密带材的转变。半固态粉末轧制带材中Al-Al之间的结合主要依靠原子扩散,原子扩散贯穿在整个轧制过程中,是最重要的结合机制。在液相分数低于20%的轧制AA2024带材中可观察到再结晶现象。当液相分数高于20%时,液相的流动与填充有助于提高Al-Al之间的冶金结合强度。B₄C-Al之间的结合主要依靠轧制压实,当液相分数高于20%时,B₄C与液相Al会发生界面反应,反应产物为Al3BC和AlB2,界面反应有助于提高B₄C与Al之间的冶金结合强度。在加热过程中,AA2024粉末的氧化机制是以Al和Mg元素向外扩散和O元素向内扩散为主的扩散氧化机制。AA2024粉末的氧化反应主要发生在轧制过程中,其氧化机制也是扩散氧化机制。根据氧化膜致密性判据,Al2O3/Al体系的PBR计算值约为1.29,氧化膜具有完整性和致密性,能够保护AA2024粉末以避免其进一步被氧化。半固态粉末轧制的致密化过程可以分为三个阶段:第一阶段,粉末颗粒滑动、重排与堆叠是主要致密化机制;第二阶段,粉末颗粒变形、破碎、重排及冶金结合是主要的致密化机制,当液相分数高于20%时,液相的流动与填充以及界面反应有助于致密化;第三阶段,致密化机制与多孔带材热轧致密化机制类似,即基体晶粒变形、孔隙坍塌、分解以及消失是其主要致密化机制。