金属层状复合材料可整合单一金属的优异性能，在航空航天、高端制造等领域应用广泛，但钛、铝、镁等异质金属轧制复合面临变形不协调、结合强度低等问题。本文基于异温轧制技术，系统研究钛 / 铝、钛 / 镁双层及钛 / 铝 / 镁、钛 / 镁 / 铝三层复合板的制备工艺与组织性能，结合超景深显微镜🔬揭示复合机理。光子湾科技的超景深显微镜🔬凭借高分辨率三维成像能力，可为复合板界面微观形貌、断口特征的精准观测提供关键技术支持，助力深入解析工艺与性能的关联。
一、实验内容及研究方法三层复合板组坯方式示意图
a) 钛/铝/镁复合板；b) 钛/镁/铝复合板
1. 实验材料
选用 TA1 纯钛、AA6061 铝合金、AZ31B 镁合金，尺寸均为 100mm×60mm×2mm，其化学成分及力学性能明确，板材表面经打磨、清洗去除氧化层。
2.轧制工艺
单独加热钛板异温轧制：电阻炉加热钛板至 500~900℃，铝板或镁板室温，压下率 20%~50%，研究温度与压下率的影响。
纵向电磁感应加热：氩气保护，以铁板为中间层对称组坯，形成钛 - 铝（或钛 - 镁）温差，压下率 17.5%~50.5%，避免氧化且控温精准。
横向电磁感应加热：直接加热钛板，控制钛与铝 / 镁温差，铝与镁贴合保相近温度，制备钛 / 铝 / 镁和钛 / 镁 / 铝三层复合板，压下率 20%~55%。
3.性能测试与微观表征
采用拉剪试验测结合强度，拉伸与弯曲试验评估力学性能；通过超景深显微镜🔬观测断口三维轮廓及粗糙度，SEM、EDS 分析界面元素扩散，XRD 鉴定物相。
二、双层复合板研究结果异温轧制结合机理示意图
1. 钛 / 铝复合板
变形协调性：随钛板温度升高（800℃最佳）和压下率增大（50%），钛、铝变形量差值减小，相对变形率比值达 0.95，实现协调变形。
结合性能：剪切强度随压下率提升，800℃、50% 压下率时达 107.5MPa（接近铝基体）；大压下率下界面氧化层破裂，铝挤入裂口与新鲜钛接触，形成机械啮合与冶金结合双重作用。
2.钛 / 镁复合板
异温 vs 同温轧制：异温显著改善变形协调，25% 压下率时钛、镁变形率分别为 23.4%、26.6%；同温变形差大，界面易开裂。
结合机理：同温以元素扩散为主，异温因钛层高温变形产生裂口，镁挤入形成机械啮合，剪切强度最高 76MPa（66% 压下率）。
3.感应加热优化效果
纵向感应加热在氩气保护下避免氧化，小压下率（17.5%）时钛 / 铝剪切强度 64MPa（较电阻炉提升 5 倍）；界面洁净促进扩散，大压下率时断口呈韧性特征，拉伸与弯曲性能显著改善。
三、三层复合板研究结果超景深显微镜🔬观测钛/镁拉剪断口的三维轮廓
a) 27%/钛侧轮廓分布；b) 高度云图；c) 图 b 中线的粗糙度曲线；
d) 27%/镁侧轮廓分布；e) 高度云图；f) 图 e 中线的粗糙度曲线；
g) 50%/钛侧轮廓分布；h) 高度云图；i) 图 h 中线的粗糙度曲线；
j) 50%/镁侧轮廓分布；k) 高度云图；l) 图 k 中线的粗糙度曲线。
1. 钛 / 铝 / 镁复合板
结合性能：55% 压下率时，钛 - 铝界面剪切强度 83MPa，铝 - 镁界面 51MPa，双界面均达较高强度。
变形与断裂：各层变形协调，断口从脆性向韧性转变，三维轮廓高度差及粗糙度随压下率增大而增加，弯曲性能优良。
2.钛 / 镁 / 铝复合板
变形集中于镁层，协调性差；镁 - 铝界面因温度差大，结合强度低（最高 10MPa），弯曲时易分层。
3.最优组坯顺序
对比可知，以铝为中间层的钛 - 铝 - 镁组坯可实现协调变形与高结合强度，为三层复合板合理工艺。
异温轧制通过调控温度与压下率，有效改善钛、铝、镁的变形协调性，单独加热钛板或感应加热均可提高复合强度。其结合机理为机械啮合与冶金扩散双重作用，感应加热形成的洁净界面能显著提升结合性能。钛 - 铝 - 镁组坯为最优方案，三层复合板在大压下率下综合性能优异。光子湾科技的超景深显微镜🔬可对断口三维轮廓、界面微观形貌的精准观测，为解析复合机理提供关键依据，其三维成像精密测量技术，将助力高端金属复合材料研发。
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