镁合金与钢被广泛应用于日常生活和工业生产中,如航空航天、汽车船舶、军工、电子等领域。随着科学技术的发展,人们对材料的性能需求越来越高,往往会出现单一材料无法完全满足综合性能要求的情况。镁合金与钢在性能上各有长处,镁合金是最轻的工程用金属材料,具有较高的比强度、比刚度,良好的电磁屏蔽能力和对震荡噪声的吸收能力;钢是现代工业中应用最为广泛的金属结构材料,具有良好的力学性能。如果将镁合金与钢结合起来制备成Mg/Steel双金属复合材料,把两者的优良性能结合起来,实现综合性能的提升,这将会扩大两种金属的应用范围。由于镁合金与钢熔点相差较大,且镁合金的沸点较低,很难通过熔合来实现连接,即使Fe和Mg它们同时处在熔融状态下也极难互溶,且它们之间不相互反应,无法直接形成中间相,实现镁合金与钢的复合是一大挑战,往往需要在两者间引入中间层金属来实现双金属的冶金结合。目前,一般采用焊接的方式来实现Mg/Steel双金属复合,本文采用液-固铸造复合工艺,先通过在钢表面热浸镀铝形成一层中间层,然后再浇注液态熔融镁合金,成功地实现了镁合金与钢的冶金复合,主要研究了浸镀温度、浸镀时间、浇注温度及液-固体积比对液-固铸造复合Mg/Steel双金属界面的影响规律,分析了Mg/Steel双金属的组织性能特征。本文的主要工作如下:研究了不同浸镀温度和浸镀时间对铝合金镀层和钢结合效果的影响。随着浸镀温度降低或者浸镀时间缩短,钢表面都无法形成冶金结合层。提高浸镀温度或者延长浸镀时间,都会使界面反应层厚度增加;然而,当浸镀温度过高或者浸镀时间过长都会导致钢管发生严重变形,壁厚减小。当浸镀温度为770℃、浸镀时间为10min时,能获得均匀且致密的界面反应层,界面反应层从钢基体表面开始依次由Fe₂Al_5、τ₁₀-Al₉Fe₄Si₃、FeAl₃和τ₆-Al_4.5FeSi相组成,且界面反应层表面涂挂一层致密的铝合金层,划痕实验表明,铝合金镀层和钢结合效果良好。基于以上研究,通过热浸镀铝工艺引入铝硅合金作为中间层,采用液-固复合铸造成功制备了Mg/Steel双金属铸件。研究了不同浇注温度和液-固体积比对液-固复合铸造Mg/Steel双金属界面组织和性能的影响。结果表明,在不同浇注温度和液-固体积比条件下,Mg/Steel双金属界面的相组成大致相同,从钢基体至镁基体分别由Fe₂Al₅、τ₁₀-Al₉Fe₄Si₃相、FeAl₃相和Al₁₂Mg₁₇相组成。浇注温度对液-固复合铸造Mg/Steel双金属的界面质量有较大影响,浇注温度为720℃和750℃时,在靠近界面反应层的镁基体存在明显的缝隙,引起双金属在缝隙处断裂,导致Mg/Steel双金属剪切强度较低;当浇注温度为780℃时,Mg/Steel双金属整体较为致密。此外,液-固体积比对Mg/Steel双金属的界面质量也有较大影响,随着液-固体积比的降低,Mg/Steel双金属界面反应层的厚度增大,靠近界面反应层的镁基体出现缝隙缺陷,其宽度不断增大。当浇注温度为780℃、液-固体积比为12时,Mg/Steel双金属的界面质量较好,剪切强度较高,达到了23.3MPa,双金属的断裂呈现为脆性断裂,主要发生在界面层Al₁₂Mg₁₇和FeAl₃之间。比较了在相同的浇注温度和液-固体积比参数下,经过热浸镀铝处理的Mg/Steel双金属界面与未镀铝界面的结合情况。未镀铝的Mg/Steel双金属的界面处未出现元素扩散现象,两侧基体间存在明显缝隙,缝隙率较高,剪切强度较低,为2.43MPa;热浸镀铝的Mg/Steel双金属具有较好的界面反应层,两侧基体结合紧密,缝隙率较低,剪切强度较未镀铝时提高了8.59倍。此外,热浸镀铝的Mg/Steel双金属界面处的硬度结果显示,界面反应层的硬度在10-13GPa之间,远高于两侧基体的硬度。本论文采用热浸镀铝和液-固复合铸造方法较好地解决了镁合金和钢冶金复合的难题,获得了具有良好冶金界面和力学性能的Mg/Steel双金属铸件,为Mg/Steel双金属材料的制备与成形提供了理论依据和技术支持。