層狀金屬復合材料是利用材料復合技術使兩種或兩種以上物理、化學、力學性能不同的金屬在界面實現冶金結合的一種新型復合材料。以不銹鋼為覆層、碳鋼為基層的雙金屬復合材料兼有耐腐蝕性良好和力學性能優異的特點，既可降低生產成本，又能滿足實際需求。與同規格純不銹鋼相比，明顯減少了不銹鋼占有比例，節約貴重金屬Cr、Ni等可達70%—80%。國外廣泛應用在石油、化工、能源、電力、環保等諸多領域。目前國內外制造雙金屬復合管的方法有很多種，但大多對設備要求嚴格，生產工藝復雜，且不易控制復合管的性能，而一些簡單的機械復合方法又無法使兩種金屬間實現真正的冶金結合，嚴重限制了雙金屬復合管的應用和發展。因此，迫切需要研究、開發一種新的高效、節能、能夠實現兩種金屬牢固結合，適合大規模工業生產的雙金屬復合管的制備工藝。
1.碳鋼/不銹鋼液固相擴散復合過程分析
碳鋼/不銹鋼液固相擴散復合過程，可用以下幾個階段進行描述。
(1)中間層熔化階段擴散復合開始時，母材和Cu中間層均為固態；當試樣溫度快速達到銅熔點時，中間層出現液化現象，液化的銅中間層通過毛細作用快速填滿碳鋼/不銹鋼之間間隙，并達到界面潤濕。隨著加熱溫度繼續升高到復合溫度，銅中間層繼續熔化直到中間層完全溶解時，中間層熔化階段結束。
(2)原子互擴散階段銅中間層熔化后，液一固態金屬之間存在著極大的濃度不平衡，在濃度梯度驅動力的作用下，發生母材向銅液的擴散(通常所說的溶解)和銅液向母材的擴散。由于固態金屬向液態金屬中擴散的激活能小于液態金屬向固態金屬中擴散的激活能，所以，固態母材向銅液中擴散(溶解)非常容易。而固相母材向液態銅相中的溶解過程是一個多相反應過程。首先，固相母材與液態銅接觸表面層發生溶解，這個反應發生在固一液兩相界面上，其實質是：液態金屬與固態金屬接觸時，液態金屬對固態金屬的潤濕和原子在相界面處的交換，破壞了固體晶格內的原子結合鍵，使得液態金屬原子與固態金屬原子形成新的鍵，從而發生溶解。也有人認為，液態金屬與固態金屬接觸時，液態的組分首先向固體表面擴散，在表層內達到飽和溶解度，此時固體表面層不需耗費能量即可向液相溶解。然后，界面處被溶解的Fe、Cr、Ni原子從邊界擴散層向液態中間層遷移，即液相的均勻化。原子的這種遷移是依靠對流擴散來實現的。由于界面處的Fe、Cr、Ni原子濃度高于中間層中的原子濃度，成分的不均勻引起局部密度的變化，從而導致液體的流動，促使界面處的Fe、Cr、Ni原子向液態Cu中間層擴散，使得液態Cu中Fe、Cr、Ni原子的平均濃度不斷升高，當液相與熔化邊緣的固相成分達到平衡時，液相層達到了寬度，完成液相的均勻化。
(3)等溫凝固階段當液相層達到了寬度之后，由于液相和固相之間還存在元素Cu的正的濃度梯度，促使固液邊界處Cu原子繼續向母材擴散，當液固邊界處Cu原子濃度小于固相線濃度時，就發生等溫凝固，使液固界面向液相中推進。當液相完全消失時，等溫凝固階段結束。
(4)冷卻階段在本實驗擴散復合工藝中，在等溫凝固沒有充分進行就冷卻到室溫時發生降溫凝固；而在等溫凝固結束之后，連接過程已經完成，由于固相中溶質原子的擴散速度較慢，出爐冷卻并不發生明顯的原子擴散現象。
由上述分析可知，對于以銅箔為中間層碳鋼/不銹鋼液固相擴散復合過程來說，母材向中間層的擴散(溶解)和中間層向母材的擴散過程對于是否能獲得良好的結合性能起著重要的作用。
2.總結
(1)采用冷拔-液固相擴散復合方法可實現碳鋼與不銹鋼的冶金結合。
(2)在擴散復合的過程中，結合區發生了原子的互擴散，在碳鋼/銅界面有連續的島狀富鐵相生成，且島狀富鐵相向中間層中生長。
(3)結合區抗剪強度隨著擴散溫度的升高和時間的延長而增加。(圖/文www.ncwanke.cn)