叠层复合材料依据仿生学原理,将其基体相与增强相各种组合方式和各层采用的不同材料与加工方式,使得叠层复合材料的种类丰富多彩,可以适应各种不同的工业生产。作为结构与功能一体化的叠层复合材料具有广泛的应用前景,将其各组分的力学性能、结构特性等相互协调,使互补设计的功能叠层复合材料性能有了进一步的提升,可以大大拓宽叠层复合材料的应用领域。而本文由于采用超声波固结工艺来交替叠加各层材料,该工艺成为一种制备高性能复合材料的新手段,同时为其新型叠层复合材料提供了一种新思路。超声波固结技术是近年来通过快速固结成形与制造来实现金属叠层结构一体化的新方法,该特种连接技术是由最初的超声波金属焊接点焊、线焊等发展技术演变实现了面与面之间的致密固结。由于超声波固结制造技术理论的日渐完善,通过采用超声波的高频振动能量,使同种或异种材料界面在弹性振动和静压力的共同作用下造成界面局部升温,实现层与层之间的界面结合。对于制备新一代复杂叠层复合零件的成形可以发挥巨大的潜力,也是一种先进的材料与结构增材3D打印技术。本文针对具有低成本及多层结构的Al/非晶叠层、Al/Fe、Al/碳钢叠层复合材料体系,首先通过设计的L₉（3⁴）正交试验,用不同超声波固结工艺得到效果较好的强性层和韧性层交替叠加的Al/非晶叠层复合材料。XRD和显微硬度检测表明,非晶体结构原有优异的性能被保留下来。通过SEM观察到铁基非晶塑性变形出现了剪切带,并结合DSC进行热力学稳定性测量表明,非晶层的塑性变形导致超声固结过程中的协调一致性变形,最终导致界面发生机械结合。然后制备了Al/碳钢、Al/Fe固结试样叠层复合材料,通过SEM及EDS检测分析手段研究了Al/碳钢、Al/Fe试样叠层复合材料的界面结合情况。并对Al/碳钢、Al/Fe各叠层复合材料的硬度、拉伸性能进行了力学测性能试,最后对各自界面的断口形貌进行研究。具体研究工作内容如下:（1）设计Al/非晶叠层的L₉（3⁴）正交试验,再结合单一变量法最终确定最优工艺为:基板预热温度190℃、超声波振幅20μm、压头行进速度20mm/s、超声波施加的正压力150Kgf。（2）界面处EDS线扫描无阶梯现象出现,剥离的非晶层XRD检测发现非晶层未晶化,只存在一个漫散射峰的衍射图谱。Al/非晶叠层复合材料的界面硬度呈梯度分布,且界面处的硬度压痕尖端处没有明显的裂痕出现。（3）界面处铝层发生局部软化及部分铝发生再结晶,铁基非晶原样和固结试样的DSC曲线图对比证明铁基非晶发生了强烈的塑性变形。Al/非晶叠层复合材料断口呈现复式破坏,断裂形式为脆性断裂+韧性断裂。（4）Al/碳钢叠层复合材料界面凹凸幅度较大,铝层发生了严重的颈缩,并且出现了铝层中的断裂。Al/Fe界面相对平直,并在界面处生成了微量的金属间化合物。（5）Al/碳钢、Al/Fe叠层复合材料的最大拉伸应力分别为356.81MPa、263.13MPa。叠层固结后的复合材料比单一材料有极大力学性能提升。Al/碳钢、Al/Fe叠层复合材料的断口形貌分析发现Al/碳钢的协调性明显不如Al/Fe叠层复合材料。