编者按：为有效推动科学普及与科技创新两翼齐飞，营造尊重科学、崇尚创新的浓厚氛围，我们再次推出“科学家讲科学”系列科普讲座，在上一期邀请我省自然科学基金创新研究群体基础上，此次燕赵青年科学家项目负责人带来了他们各自研究领域基础科学知识，带你用好奇更新已知边界，用科学连接未来生活。让我们与省自然科学基金背后的专家面对面，与科学零距离，继续有料有趣的奇妙科普旅程！

　　今天我们一起走进燕山大学黄华贵教授团队，探索层状复合材料高效制备。

　　探索层状复合材料高效制备

　　异质金属层状复合材料是指将两种或两种以上的金属组元，例如钢、铜、铝、钛、镁等，通过特定的界面接合方法制备而成的一种新型结构功能一体化复合材料。典型产品按形状特征大致可以分为三大类：第一类是层状复合板带材，例如钛/钢复合板、铜/铝复合板、钢/铝复合板等；第二类是金属包覆材料，比如不锈钢作为内衬的复合管、铜包铝导线和扁排等；第三类是具有相对复杂结构特征的异形构件。异质金属层状复合材料充分利用了不同材料的性能组合优势，具有耐蚀、高导电、高导热、轻量化等优异的综合性能，在海洋工程、石油化工、电力电子、桥梁建筑等行业具有非常广泛的应用。

　　

　　图1 燕山大学“科学家讲科学”科普讲座现场

　　要实现异质金属材料之间的高强冶金结合，很有挑战性，尤其是具有大幅面结合面的产品，制备难度很大。在长期的发展过程中，传统的塑性变形工艺被应用于层状复合材料制备，例如挤压、拉拔、旋压、轧制等；也有利用外能场，例如爆炸复合、电磁成形等。这些都是利用两种材料接触界面处产生的剧烈塑性变形，促进原子的互扩散，达到界面冶金结合的目的。但由于组元材料性能差异大、变形协调难、界面冶金行为复杂等原因，目前仍有很多科学问题亟待解决，限制了其应用范围。

　　异质金属实现复合界面冶金结合的三大要素是温度、压力和时间。近十年来，黄华贵团队充分利用这三大影响因子，陆续开发了异质金属层状复合材料系列化固-液铸轧复合工艺与原理样机，成功试制铜/铝、钛/铝、钢/铜、钛/铜等多层复合板带，钛/铜、钢/铝等双金属复合管，铜包钢、黄铜包覆纯铜绞线等金属包覆材料，其中异质铝合金热传输钎焊复合材料正在进行准工业化中试。固-液铸轧复合过程，既具有液相的高温，还具有固相塑性变形产生的高压，十分有利于实现冶金结合，探明了固-液铸轧区凝固点位置及塑性变形对界面有害化合物相和微观组织的重要调控作用。该技术具有高效率、短流程、低能耗等突出优势，工艺适用范围广，尤其适用于熔点差异大、覆层金属厚度较薄的情况。

　　

　　图2 燕山大学黄华贵教授

　　目前，黄华贵团队正在开发一种铜辊套内嵌电磁靶向调控铸轧技术，在铜辊套的内侧均布嵌入式电磁调控组件，不仅可以避免电磁屏蔽，还可以实现仅在铸轧区熔池位置开启进行原位靶向调控，有望实现组织性能精细化调控。此外，增材制造也就是3D打印技术是制造业的颠覆性技术和新质生产力，尤其适合复杂拓扑结构的金属构件制造，有望成为异质金属层状复杂结构件成形制造的重要突破方向。

　　在双碳战略背景以及信息感知与智能控制先进技术的加持下，双辊铸轧和增材制造技术将成为高性能异质金属层状复合材料制备的新质生产力，为经济社会发展作出更大贡献。

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