几十年来，脉冲直流电的应用显着提高了金属的成形性。 然而，这种效应的具体机制很难独立于简单的焦耳热。 最近，加州大学伯克利分校的 M. Minor 等研究人员研究了 Ti-Al (7at.% Al) 的电塑性变形，这是一种特别适合解释这种行为的合金。 相比之下，大多数金属在较高温度下本质上延展性较差。 相关论文题为“in a Ti-Alloy via”发表于。
论文链接：
强烈的外部刺激可以显着改变金属的变形行为。 追溯到 20 世纪 60 年代的研究表明，许多金属和合金在变形过程中受到周期性电脉冲时，其延展性会显着增加。 由于这些脉冲消耗的能量通常小于将材料加热到同等延展性温度所需的能量，因此电塑成形在经济上具有吸引力，并已用于强化钛合金、铝、镁合金、锆合金和钢的成形性。 脉冲电流的应用可以改变微观结构。 例如，施加高密度电流脉冲可以溶解沉淀物。 进一步的研究表明，电塑性行为可以减少孪晶边界处的应力集中。 最近，电脉冲处理技术被成功用于修改增材制造零件的微观结构。
尽管电可塑性已通过实验得到充分证实，但其潜在机制尚不清楚。 研究人员已经探索了几种不同的可能性，但所有假设都是基于暂时降低流动应力的电脉冲。 最初，电塑性被认为只不过是热软化。 但进一步的研究表明，热效应并不能完全解释这一现象，并提出电子电流直接传递给位错的动量，即电子风力，可以引起位错滑移。 其他研究人员认为，电塑性现象与位错的热激活密切相关，并提出电脉冲要么降低能垒，要么增加位错的振动频率。
最近的研究表明，电脉冲感应的磁场可以改变位错核的局部能量状态，从而使位错从局部障碍物中解脱出来。 然而，很难评估这些不同的非热机制。 一旦引入电流和热软化，就会发生焦耳热。 过去，电塑性阈值被宽松地定义为可以观察到应力减少的临界电流密度。 然而，仪表测试系统的惯性效应使情况变得复杂，并且批量测试期间小的负载下降可能被噪声掩盖。
在这篇文章中钢材塑性变形，研究人员分析了7at.%Al（Ti-7Al）钛铝合金的电塑性。 由于铝对钛延展性的影响，这种材料在这方面特别令人感兴趣。 首先，Al 的添加强化了 Ti 并稳定了 α（六方堆积）相。 然而，这伴随着严重的延展性损失，需要修改工艺以提高成形性。 这种延展性的损失与面内滑移对整体变形的贡献显着增加相关。 平面滑移是由形成具有 D019 结构的相干团簇的铝的短程有序性以及由于堆垛层错能的增加而抑制合金中 > 5% 的铝中的孪晶引起的。 因此，随着滑移图案变得越来越平坦并且机械孪晶程度降低，该合金的延展性实际上在适度加热时降低。
为了研究电塑性的影响，研究人员在环境温度下对Ti-7Al进行了三种条件下的拉伸试验：（1）无电流（室温或RT）； (2) 方形，脉冲持续时间为 100 ms。 周期脉冲电流为0.5×103 cm-2（脉冲变形），（3）连续电流为0.5×103 cm-2（直流）。 研究发现，在机械变形过程中，电脉冲增强了交叉滑移，产生了波状位错形态，并增强了孪晶，类似于低温变形过程中发生的情况。 因此，可以防止位错局部化到平面滑移带中钢材塑性变形，从而导致合金在张力下早期失效。 我们的结果表明，这种宏观电塑性行为是缺陷级微观结构重塑的结果，不能简单地解释为焦耳热。
图 1 不同条件下材料的机械和热测量。
图2 位错形貌与5%工程应变预变形试件的比较。
图 3 低温变形显示了与环境温度下的脉冲变形类似的行为。
图 4 电偏置变形样本中变形孪晶的表征。
综上所述，研究人员分析了Ti-7Al合金的电塑性行为，这是一种独特的缺陷结构，适合区分简单的焦耳热和电脉冲。 研究人员证明，脉冲电流的应用可以极大地改变缺陷的结构，从局部平面滑移到均匀波滑移。 这些发现不仅为电塑性的物理起源提供了新的见解，而且还可能有助于改进相关合金的电脉冲加工，使它们成为工业应用中更经济的加工途径。 （文：水生）
