【摘 要】
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金属间化合物具有高弹性模量、良好的导电性与导热性、优异的高温结构性质、突出的抗氧化性与耐磨性,以及可与不锈钢媲美的抗硫化腐蚀性等,被定义为一类介于高温合金与陶瓷之间的新型高温结构材料,在航空航天、电磁元件、汽车工业、高温装置、能量转换以及过滤系统等领域具有广阔的应用前景。《中国制造2025》将结构功能一体化的金属间化合物材料列为重点发展方向。本论文在国家自然科学基金项目“近净成形制备Fe-Al金属
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“近净成形制备Fe-Al金属间化合物基叠层复合材料的基础研究（No:51874087）”；
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金属间化合物具有高弹性模量、良好的导电性与导热性、优异的高温结构性质、突出的抗氧化性与耐磨性,以及可与不锈钢媲美的抗硫化腐蚀性等,被定义为一类介于高温合金与陶瓷之间的新型高温结构材料,在航空航天、电磁元件、汽车工业、高温装置、能量转换以及过滤系统等领域具有广阔的应用前景。《中国制造2025》将结构功能一体化的金属间化合物材料列为重点发展方向。本论文在国家自然科学基金项目“近净成形制备Fe-Al金属间化合物基叠层复合材料的基础研究（No:51874087）”的资助下,借鉴具有贝壳结构特征的叠层仿生设计,采用微米级层状复合结构可控制备技术,开展高性能、低成本Fe-Al金属间化合物基微叠层复合材料（Fe-Al Metal-Intermetallic-Laminate,简称Fe-Al MIL）的制备工艺及成型机理的研究。本文致力于实现短流程、低能耗制备板型平整、层间平直、界面结合良好的Fe-Al金属间化合物基微叠层复合材料。提出了“材料预处理—热轧复合—冷轧减薄—热处理合金化”工艺流程,并利用ABAQUS有限元模拟对热轧复合过程进行工艺参数调优。对各阶段复合界面组织结构及其力学性能进行了表征与分析。论文的主要研究结果如下:（1）通过对热轧复合过程的仿真模拟,进行工艺参数调优,主要结果有:（a）最优压下率设为40%;（b）两组元临界厚比设为1:0.30;（c）材料叠层层数增加对板型平整度、层间平直度未产生明显影响。（d）深入分析了 Fe箔断裂机制,主要原因在于两组元塑性变形能力相差较大,Al层非均匀塑性变形段应变总量大于Fe层。大压下率下轧件产生的变形热越大,Al层应变总量也越大。压下率—定时,Al层所占厚比越大其应变总量越大。Fe层受拉,Al层受压,Fe层加工硬化更严重,促使Fe层断裂,而Al层仍处于颈缩状态。（2）优化后的材料制备工艺:对临界厚比以上的Fe-Al叠材预处理,经420℃保温15min后,在最优压下率下进行热轧复合。热轧复合后,进行中间退火,退火制度为400℃保温1.5h。冷轧减薄压下率达到50%时,进行去应力退火,退火制度为400℃保温4h。采用多道次、小压下量减薄至目标厚度。将减薄试样经600℃保温4h的固—固合金化处理后,可制得预期的Fe-Al金属间化合物基微叠层复合材料。（3）复合界面金属间化合物的形成及演化机制为:复合界面率先形核,两组元元素沿界面相互扩散。扩散前期,界面平齐,扩散后期,界面呈舌状形貌。反应后Fe与MIL紧密嵌合,结合牢固。金属间化合物层的物相组成为大量Fe2Al5和少量Fe3Al、FeAl、FeAl2、FeAl3。（4）由不同条件下Fe-Al微叠层复合材料的力学性能测试得出:在临界厚比以上,合金化前试样抗弯强度为1050MPa,开口角为70°,抗拉强度为600MPa,断裂延伸率为5.5%;合金化后试样抗弯强度为350MPa,开口角为70°,抗拉强度为220MPa,断裂延伸率为11.5%;相同条件下,各项性能均高于临界厚比以下试样。通过断口形貌观察,韧性层（Fe层）为韧性断裂,强性层（MIL层）为脆性断裂。
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