淺談脈沖電流對金屬材料塑性變形和組織結構與性能的影響

孫興飛（西安摩爾石油工程實驗室有限公司,西安 710065）

淺談脈沖電流對金屬材料塑性變形和組織結構與性能的影響

孫興飛
（西安摩爾石油工程實驗室有限公司,西安 710065）

脈沖電流對金屬材料塑性變形以及組織結構與性能有著重要的影響。一般而言，脈沖電流作用于金屬材料上，對于部分冷變形合金來說，可以促進其再結結晶過程，對金屬材料的性能加以改善，延長金屬材料的疲勞壽命。脈沖電流在改善金屬材料的性能、轉變金屬材料的組織結構以及金屬材料的加工等方面發揮著十分重要的作用，其具有十分廣闊的發展空間。本文就脈沖電流對金屬材料塑性變形和組織結構與性能的影響進行分析與探討。

脈沖電流；金屬材料塑性變形；組織結構與性能

一般來說，在脈沖電流作用下，原子會出現運動現象。脈沖電流會對金屬材料塑性變形以及組織結構與性能產生一定的影響。就現階段而言，盡管脈沖電流對金屬材料的影響的相關研究理論還不完善，但是在一定程度上為金屬材料組織結構與性能的改善提供了新的途徑，有利于促進電塑性效應以及電輔助加工工程的發展，為電力行業的發展打下堅實的基礎，從而促進電力行業的健康穩定發展。

1 脈沖電流對金屬材料塑性變形的影響分析

研究人員在進行表面涂汞鋅單晶拉伸實驗的過程中發現，對電子流進行加速，并使其垂直于鋅晶體移滑系表面，在一定程度上會降低鋅晶體式樣的流變，并且會使得其極限伸長量降低，導致鋅晶體脆化，甚至會使某些鋅晶體發生脆化斷裂。當加速的電子流照射在晶體移滑系時，會降低鋅晶體式樣的流變應力，并且會降低其應變硬化率，會增加極限伸長量，從而有效提高金屬材料的塑性。該項實驗表明：電子流對鋅單晶的塑性變形具有促進作用。另外，相關研究發現，電子流的運動方向和位錯運動相一致與否，都會使位錯運動的速度加快，且隨著電子流密度的增加，其幅度也會發生相應的變化，隨電子流密度的增加而增加。因此可以清楚知道，電子流與位錯之間存在明顯的相互作用，彼此間有著十分密切的關系。一般認為電塑性效應的產生，主要是源于位錯電子流，位錯電子流將作用力施加給運動電子流，使運動電子流與位錯彼此發生相互作用，從而促進位錯運動，有效提高位錯運動穿過各種障礙的能力，從而使金屬材料的塑性變形能力大大提升。

2 脈沖電流對金屬材料組織結構的影響分析

相關研究表明，脈沖電流會在一定程度上影響一系列冷加工金屬材料的退火組織結構，如銅、鋁以及鎳等，并且對于銅金屬的再次結晶具有促進作用。如下圖所示：

由上圖可以知道，銅金屬在進行冷變形之后，其顯微硬度會受再結晶時間的影響，再結晶時間發生變化，則其也發生相應的變化。金屬材料在進行退火時，對其適當施加脈沖電流，這樣可以使金屬材料的再結晶過程，促使金屬材料能在短時間內迅速完成再結晶過程。這一研究可以有效表明：脈沖電流對于結晶晶粒的生長能夠進行有效抑制，并能促使結晶晶粒更為細化。另外，能有效增加Arrhenius公式的前指數因子的數值，不會對激活能產生任何影響。當然在對銅金屬材料施加脈沖電流，能促使銅金屬材料的結構更為銳化，使其退火結晶的形成延遲。由此表明，漂移電子流能在一定程度上影響其顯微組織的固態相變，也會影響其顯微組織的結構，同時還影響晶體中的缺陷。部分研究人員認為，在電場退火的條件下，電場退火能對銅金屬再結晶以及其晶粒生長進行抑制，從而能在較短的時間內形成和發展銅金屬再結晶的立方結構，對其具有重要的作用。

3 脈沖電流對金屬材料性能的影響分析

相關研究人員研究對脈沖電流對金屬材料性能的影響時發現，脈沖電流不僅會大大降低金屬材料的流變應力，還能有效提高金屬材料的使用壽命，延長器疲勞壽命。在研究高密度脈沖電流對多晶銅以及a-Ti等金屬材料的疲勞性能產生的影響時發現，對于a-Ti金屬材料的低周疲勞而言，高密度脈沖電流對于其軟化過程中出現的硬化峰能夠進行徹底地消除，并且能對a-Ti金屬材料疲勞初期的軟化速率進行有效降低。一般而言，脈沖電流能大大降低多晶銅金的沿晶斷裂傾向，并能對高多晶銅的疲勞壽命進行有效的延長[4]。相關研究人員認為，次滑系統中的位錯運動在一定程度上會受高密度脈沖電流的影響，并且高密度脈沖電流會對駐留滑移帶中的位錯運動產生影響，從而有效提升滑移的均勻性。另外，脈沖電流對多晶銅金屬材料疲勞壽命的影響與其受施加應力有著一定的關系，一般如果所施加的應力不斷下降，則脈沖電流會相應地增加對多晶銅金屬材料的疲勞壽命的影響。大量相關研究證明，在對多晶銅金屬材料進行脈沖電流處理時，能夠對駐留滑移帶的平均寬度以及平均間距加以有效減少，且對整體界面處以及駐留滑移帶的應力集中進行有效減少，從而促使多晶銅金屬材料的疲勞壽命得以延長?？傮w而言，脈沖電流能對金屬材料的疲勞裂紋的進一步擴展進行有效阻止，有效延長金屬材料的疲勞壽命。

4 結束語

脈沖電流能在一定程度上影響金屬材料的塑性變形，并且對金屬材料的性能以及組織結構具有一定的影響。一般而言，充分利用電塑性效應，可以有效提高位錯穿越各種障礙的能力，從而促使金屬材料的塑性變形能力得以有效提升。另外，對銅、鋁以及鎳等金屬材料施加脈沖電流，能有效促進這些金屬材料的再次結晶。利用脈沖電流，對多晶銅以及a-Ti等金屬材料的疲勞損傷加以處理之后，能有效改善疲勞損傷的金屬材料的位錯組態，從而促使金屬材料的疲勞壽命得以延長。就現階段而言，脈沖電流在改善金屬材料的性能、轉變金屬材料的組織結構以及金屬材料的加工等方面發揮著十分重要的作用，其具有十分廣闊的發展空間。

[1]馬紅超.脈沖電流對金屬材料塑性變形和組織結構與性能的影響分析[J].河南科技,2014(23):51.

孫興飛(1987-)，男，陜西乾縣人，本科。