高能脉冲电流对金属材料的作用

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压力脉冲技术方案

压力脉冲技术方案一、压力脉冲技术原理压力脉冲技术利用脉冲电流，通过利用大功率热脉冲将材料加热至高温，再通过快速冷却使材料迅速凝固，从而实现对材料的改性。

压力脉冲技术的核心在于迅速施加和释放高压脉冲，使材料内部产生高应变率和应力，从而实现相变和析出强韧相。

二、压力脉冲技术应用1.金属材料强化：通过压力脉冲技术可以改变金属材料的晶体结构和组织形态，使其强度和硬度得到提高。

例如，在纯铝材料中施加压力脉冲可以使晶粒尺寸变小，同时提高晶界的移动速度，从而增强材料的抗拉强度。

2.陶瓷材料改性：压力脉冲技术可以改变陶瓷材料的微观结构，增强其致密性和抗冲击性能。

例如，在氧化铝陶瓷材料中施加压力脉冲可以改变其晶体排列方式，增加晶界的断裂韧性。

3.高能材料合成：压力脉冲技术可以实现高能材料的合成过程，在高压下使分子间的键能极大增加，从而提高能量密度。

例如，在含能化合物中施加压力脉冲可以形成更为紧密的晶格结构，增加爆炸能量。

4.生物材料改造：压力脉冲技术可以改变生物材料的组织结构和生物活性，从而改善其性能。

例如，在骨骼组织工程领域，可以利用压力脉冲技术来改变骨骼材料的孔隙率和孔径大小，增强其与骨组织的结合。

三、压力脉冲技术研究进展1.压力脉冲技术的数值模拟研究：通过建立压力脉冲技术的数值模型，可以更加深入地研究其作用机制和影响因素。

利用数值模拟可以预测不同材料在压力脉冲技术下的相变行为和力学性能变化。

2.压力脉冲技术与其他改性技术的结合：压力脉冲技术与其他改性技术的结合可以获得更好的改性效果。

例如，将压力脉冲技术与等离子体处理、电子束辐照等技术相结合，可以实现多种改性效果的协同作用。

3.压力脉冲技术应用于新材料的研发：压力脉冲技术可以用于新材料的研发和改进。

例如，将压力脉冲技术应用于二维材料的合成和改性，可以实现对其电学、光学和力学性能的调控。

压力脉冲技术是一种有效的材料强化和改性技术，其广泛应用于金属材料、陶瓷材料、高能材料和生物材料等领域。

金属凝固组织的细化方法和机理-脉冲电场

To find the best match to improve the refining efficiency.
I
II
III
IV
1— pulse generator; 2— digital oscillograph; 3 — copper strip; 4 — electrodes; 5 — sand mould; 6— sample.
熔融金属仍是一个电阻率为ρe的导体,当电流通过时,电子与原子晶格发生碰撞,产生热能,即焦耳热效应 Q=ρej2,从而导致熔体温度变化:T=j2ρeτ/ρc 式中ρ—熔体密度; c—比热容; τ— 通电时间
• 产生两大作用：
• （1）对凝固体系来讲,焦耳热相当于内热源,它使熔体整体冷速下降,过冷度减小。
• Barnak等对 Sn60%-Pb40% 合金进行了施加电脉冲实验。 • 其研究结果表明, 随着电流密度的增加和频率的减小，共晶团尺寸也大幅减小。
• Barnak.J.P 等人的研究还表明随电流密度增加, 过冷度ΔT也随之增加（如右图所示）。
• 脉冲电流对金属凝固组织的研究是从低温合金逐渐向高温合金过渡的。早期研究中，主要集中在Pb - Sn 合金。
With Mode IV, the region of the equiaxed grains expanded further, and there are some fine equiaxed grains even near the top surface. The highest proportion (82%) of fine equiaxed grain area was obtained in Mode IV.

电火花加工原理简述

电火花加工原理简述电火花加工是一种常用的金属加工方法，通过电脉冲放电在金属工件上产生火花，在火花冲击和高温作用下使金属发生融化、氧化和蒸发等化学反应，从而实现对工件进行加工的目的。

本文将简述电火花加工的原理，包括其基本概念、工作过程和应用实例。

一、基本概念电火花加工，又称为电火花放电加工、电火花蚀刻加工，是一种以电脉冲放电作为能量源来加工金属工件的方法。

通过高频脉冲电流的通断控制，使电极与工件之间产生间断放电，形成火花放电区，通过火花的能量来蚀刻掉金属工件上的无规则形状或曲线形状的凹槽或者孔洞。

二、工作过程1. 基本装置电火花加工的基本装置由电源系统、工艺系统和控制系统组成。

其中，电源系统提供脉冲电流，工艺系统包括电极、冲击液和工件夹持设备，控制系统用于调节和控制电极与工件之间的间隙和放电参数。

2. 放电区形成在电火花加工中，电极和工件之间生成细小间隙。

当通入高频脉冲电流时，由于放电区间隙较小，电极与工件之间的电压梯度非常大，随着电压上升到一定值，间隙内空气被电离形成放电通道，从而使间隙电压骤降。

3. 火花放电当间隙电压骤降时，电极和工件之间产生放电，形成火花放电区域。

火花放电区域的高温和高压使空气在瞬间膨胀，形成冲击波和等离子区。

冲击波和等离子体对工件表面产生腐蚀和剥蚀作用，从而加工出所需形状的凹槽或孔洞。

4. 脉冲控制脉冲电流的控制是电火花加工中至关重要的一步。

通过调节脉冲电流的幅值、宽度和频率等参数，可以控制火花放电能量的大小和放电的稳定性，从而实现对工件加工精度的控制。

三、应用实例电火花加工是一种在模具制造、航空航天、汽车制造和微细加工等领域广泛应用的加工方法。

它被用于加工各种形状复杂、硬度高的金属材料，如工模、模具、钨钢、硬质合金等。

以模具制造为例，电火花加工在制造模具的过程中，能够加工出精细的孔洞和复杂的曲线形状。

相比传统机械加工，电火花加工可以避免工具磨损、提高加工精度和表面质量。

脉冲电流综述---PPT

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2 脉冲电流凝固技术；
电流对液态金属主要有以下作用：电传输效应、Jouler 效应、Peltier 效应、起伏效应、趋肤效应、电磁力效应、磁致收缩效应等。这些效应可以改变液体金属凝固时的传热、传质和动量传输过程，进而影响金属的凝固组织及其形态和成分分布等。采用脉冲电流处理液态金属，一方面可以减小电流细晶技术应用中电路负荷过大的问题，另一方面可减小电流在液态金属中产生的焦耳热，并有效地利用脉冲电流对金属液的扰动作用。
5
20 世纪 80 年代，A．K．Mism 在 Pb—Sb—Sn 三元合金的凝固过程中使用了电流技术，通过施加电流密度 30~40mA／cm2、电压约 30V 的直流电流，得到了均匀细小的凝固组织。共晶片间距减小到原来的 1／4，共晶团数量增加，这说明电流对形核和生长两个阶段都有作用。同样，把直流电流换成交流电流也可得到相同的结果(如图 2)。
图 5 为翟启杰等研究结果，表明超声波可细化 T10 钢凝固组织。在金属凝固过程中引入超声振动，凝固组织从粗大的柱状晶变为均匀细等轴晶，金属的宏观及微观偏析均得到改善。
3 磁场在材料加工磁场，与其它外场比较，有一个最大特点，即其非接触性，由于各相磁化率及介电常数不同，相变中施加磁场，会影响各相稳定性，从而改变不同相的形貌，材料在磁场中的引入，最先从普通磁场开始，并已进行了广泛的研究，目前，侧重于都材料在强磁场作用下的研究，外加磁场包括稳恒、交变和脉冲磁场。用于细化金属凝固组织的方法主要包括外加交变磁场和脉冲磁场。外加交变磁场即电磁搅拌，大量实践证明，电磁搅拌能细化金属凝固组织闭，
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------试验研究中，研究者选择有代表性的试验金属，以求对其他金属有参考意义，从低熔点到高熔点及单元单相到多元多相的原则，考虑工程实用性，对纯金属、二元合金和多元合金都进行了探索性研究。对纯金属，主要选择纯铝开展研究对二元合金，主要选择低熔点、便于开展试验研究的 Pb—sn 合金和较高熔点、工业上广泛应用的 A1-Si、A1-Cu 合金等结构材料开展研究高熔点的高锰钢、碳钢、轴承钢、螺纹钢、电工钢、不锈钢和铸铁来开展研究

线切割实验报告

线切割实验报告线切割实验报告导言：线切割是一种常用的金属加工技术，通过电火花放电和热熔剂的作用，将金属材料切割成所需形状。

本实验旨在探究线切割技术的原理和应用，并通过实验验证其切割效果和适用范围。

一、实验目的本实验的目的是通过线切割实验，掌握线切割技术的原理和操作方法，了解其应用领域和限制，并验证其切割效果。

二、实验原理线切割是利用电火花放电和热熔剂的作用，将金属材料切割成所需形状的一种加工技术。

其原理主要包括以下几个方面：1. 电火花放电原理：线切割是利用电火花放电的高温高压作用，使金属材料局部熔化并蒸发，从而实现切割目的。

电火花放电是通过高频脉冲电流在工作液中产生的，这些脉冲电流会在工件表面产生高达数万伏特的电压，形成电火花放电，使金属材料瞬间融化。

2. 热熔剂的作用：在线切割过程中，还需要借助热熔剂的作用。

热熔剂是一种特殊的液体，能够在高温下形成保护膜，防止电火花放电时金属表面的氧化和烧蚀。

同时，热熔剂还能冷却电极和工件，保证切割过程的稳定性和效果。

三、实验步骤1. 准备工作：将待切割的金属材料固定在工作台上，并调整切割参数，如电流、脉冲频率等。

2. 开始切割：将电极放置在金属材料上，启动电源，使电极和金属表面之间形成电火花放电。

同时，热熔剂会喷洒到切割区域，形成保护膜。

3. 观察切割过程：在切割过程中，观察金属材料表面的变化，包括熔化、蒸发和切割痕迹的形成。

同时，注意观察切割速度和切割质量。

4. 结束实验：实验结束后，关闭电源，清理切割区域，检查切割结果。

四、实验结果与分析通过线切割实验，我们观察到了金属材料在电火花放电和热熔剂的作用下的切割过程。

实验结果显示，线切割技术能够实现较高精度的切割，切割质量较好。

同时，线切割还能够切割较厚的金属材料，适用范围广。

然而，线切割技术也存在一些局限性。

首先，线切割速度相对较慢，不适用于大批量生产。

其次，线切割只适用于导电材料，对于非导电材料无法切割。

电流对材料的影响

3 电流对材料的影响3.1 电致迁移电致迁移（Electromigration）是指通电导体中的电流与原子相互作用而诱发的物质传输过程，即电流作用下的一种受迫扩散过程。

电致迁移的驱动力包括两部分：一是电场和失去了价电子的离子核之间的静电相互作用；二是离子与载流子之间相互碰撞产生的动量传递，称为“电子风”[16]。

驱动力F可表示为：e w=+(1.8)F Z eE Z eE其中Z e为静电作用的离子有效电荷数，Z w为电子风作用的有效电荷数，E 为电场强度，e为单位电荷。

一般说来，由于金属是电的良导体，电子风力通常占支配地位，而且只有在直流、大电流密度和长时间作用下才会发生明显的电致迁移现象。

电致迁移现象早在一个世纪以前就被发现了。

最初人们研究的是纯金属中的自体电致迁移，后来扩展到合金的液态金属。

这一时期的应用研究主要集中在难熔金属间隙杂质尤其是气体杂质的净化。

六十年代后期，Blech和Meieran发现电迁移现象是导致集成电路中导线失效的主要原因[17]，随后研究重点开始转向薄膜导体材料。

在块体金属和金属薄膜中，电迁移的模式截然不同：前者以晶格扩散为主，而后者以晶界扩散为主。

大部分金属的晶界物质传输都是通过空位机制进行扩散的。

金属薄膜不可避免的存在各种结构缺陷、温度梯度等因素，其中结构缺陷（包括晶粒大小、形貌、取向及晶界结构的不均匀）最终导致原子流散度的存在，从而使局部空位过饱和或耗尽。

脉冲电流与稳恒直流电流产生的电致迁移有所不同。

脉冲电致迁移具有如下特点：i) 在脉冲电流方式下，缺陷积累形成损伤的过程只发生在通电周期，而断电周期将发生结构弛豫，缺陷积累过程和结构弛豫过程与脉冲的占空比和相对幅值有关；ii) 脉冲电流的作用会使导体中出现温度梯度，其大小决定于所通过电流的电流密度及薄膜导体和基片的导热常数；iii) 脉冲电流产生的焦耳热和功率耗散比直流电流的小。

3.2 电致塑性1963年，前苏联科学家Troitskii和Likhtman首次报导了金属晶体中的运动电子能够改变位错运动的迁移率。

金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备技术

金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备技术1. 引言金属基纳米复合材料是一种新型的材料，具有优异的性能和潜在的广泛应用价值。

脉冲电沉积技术是一种制备金属基纳米复合材料的有效方法，其工艺简单、制备速度快、成本低廉等特点受到了广泛关注。

本文将针对金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备技术进行深入探讨和分析。

2. 金属基纳米复合材料的定义和特点金属基纳米复合材料是由金属基体和纳米尺度的增强相组成的复合材料。

其具有高强度、高硬度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等优秀性能，可以用于航空航天、汽车、电子等领域。

脉冲电沉积技术是制备金属基纳米复合材料的一种有效方法。

3. 脉冲电沉积技术的原理脉冲电沉积技术是利用电化学原理，在不间断地改变电流密度和方向的条件下进行电沉积的一种技术。

通过在金属基体上循环施加脉冲电流，可以有效控制纳米尺度增强相的分布和形貌，从而制备出具有优异性能的金属基纳米复合材料。

4. 金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备技术的工艺流程(1) 电沉积液的选择：选择适合的电沉积液对于制备优质的金属基纳米复合材料至关重要。

(2) 电沉积参数的优化：包括电流密度、脉冲频率、脉冲宽度等关键参数的优化，可以有效地控制金属基体和纳米尺度增强相的沉积速率和分布状态。

(3) 表面处理：通过表面处理可以增强基体的表面粗糙度，有利于增强相颗粒的固溶、析出和固定，从而提高金属基纳米复合材料的性能。

5. 金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备技术的应用前景金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备技术具有制备工艺简单、成本低廉、性能可控等优势，被广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。

未来，随着技术的不断进步，金属基纳米复合材料的脉冲电沉积制备技术将会得到更广泛的应用，并为材料科学领域带来新的突破。

6. 总结通过对金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备技术的深入分析和探讨，可以发现该技术具有诸多优势，可以有效实现金属基纳米复合材料的制备。

也需要充分重视工艺参数的优化和表面处理的重要性，以保证制备出优质的金属基纳米复合材料。

脉冲电流在金属凝固过程中的作用及研究进展

中图分类号
Ｔ１４Ｇ１
文献标识码Ａ
文章编号
０５－９（０００－５８０２４６４２１）４０２ —５０
随着环境科学的发展，现代材料要求经济性、
功能性和环境协调性相统一。围绕这一主题，世ｒａ
又具有很大发展潜力的技术备受人们的广泛关注。至今，界各国科研人员分别用超声波、世电
元合金的凝固过程中通以电流密度为３０—４０００
Ａｍ，压约为３的直流电流，现凝固组织／电０Ｖ发
流密度增加，Ｔ增加曲线越来越平缓。Ａ
凝固组织细化效果与脉冲放电开始时间有关，凝固过程中放电开始时间越早，固组织细化效果凝越明显；冲电压越高，固组织细化程度越大，脉凝并且还发现经脉冲电流处理后，随熔体的保温时间延长，固组织逐渐粗化。何树先等人还用高凝密度脉冲电流处理Ａ－ｉ金组织时发现，密ｌ合Ｓ高
度脉冲电流处理时凝固组织中初生Ｓ转变为块ｉ
状，宽比显著减小，晶ｓ呈短杆状，寸较长共ｉ尺小，且试样局部存在初生ｓ晶粒破坏现象。范并ｉ金辉等人 ¨ 在对奥氏体不锈钢１ｒ８ｉＴ凝固ＣｌＮ９ｉ

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高能脉冲电流对金属材料的作用电流或电场对材料微结构和性能的影响最初是在上世纪6 0年代引起人们重视。

近年来的研究表明，高能脉冲电流在提升材料塑性、促动回复与再结晶以及晶粒细化等方面有着传统热处理不可替代的作用。

此外，因为高能脉冲电流可向金属材料同时输入较高的热能和应变能，有助于提升原子的迁移速率，从而可改善材料内部的微裂纹、孔洞等微观缺陷。

与传统热处理相比，高能脉冲电流可在极短时间内提供较高的能量，促使材料在更低的温度、以更快的方式发生再结晶。

所以，对于一些需要通过析出强化相改善性能的金属材料，可在低于传统热处理相变温度的情况下，以极短的作用时间促动强化相的析出。

由此可见，该技术已成为改善材料组织和性能行之有效的方法，并因其具有高效、节能的特点，在材料制备、加工成型、后期处理等方面越来越受到重视。

本文系统地分析了国内外利用高能脉冲电流对金属材料改性处理的研究现状，并归纳和评述了各种基于脉冲电流处理的研究进展及取得的成果，重点分析了脉冲电流在材料的裂纹愈合、再结晶、相转变等方面的作用和机理，指出了高能脉冲电流处理技术当前存有的不足，并对其未来发展的趋势实行了展望。

1高能脉冲电流改性技术的研究状况18 6 1年，Geradi 口等［4-5］首次在铅—锡、汞—钠的熔融合金中观察到了原子在电流作用下发生运动的现象。

1959年，Fisk和Huntingto n提出了电子风驱动力的概念，为电迁移理论奠定了基础。

T pOHUKHH ［8］于1963年在对表面涂汞的锌单晶实行研究时发现，当电流密度超过一定数值后，屈服强度骤然下降，塑性增加，表明在一定脉冲电流密度下，且当电子移动速度超过位错的弹性相速时，将会产生电子能量向位错场的传输，促使位错发生移动，这就是电致塑性的物理本质。

1 9 6 6年，K paBneHKO等重点研究了电子对位错移动的作用，证明了当电流密度超过某一临界值后，电子的漂移速度将大于位错的移动速度，会对位错施加一作用力（即电子风力），从而促动材料中位错的移动。

上世纪8 0年代初期，Conrad等在多晶金属拉伸试验过程中施加脉冲电流，利用热激活辅助位错运动模型合理解释了脉冲电流对材料力学性能的影响规律；并且，还认为除了焦耳热效应之外，短时间高密度脉冲电流之所以使金属塑性得到提升，电子风力是最关键的因素。

此外，对不同材料通入高密度脉冲电流之后，塑性变化的巨大差异是由不同材料的变形机制不同所致。

Stepanov[22]展开了脉冲电流对TiAl金属间化合物性能影响的研究，结果表明，经脉冲电流处理后，其力学性能得到了明显的改善，并通过研究金属间化合物的孔隙率、相变产物以及残余应力等的变化解释了性能改善的原因。

国内虽然在脉冲电流改性技术的研究方面起步较晚，但也取得了较为丰富、创新的成果。

上个世纪9 0年代，刘志义等研究了脉冲电流对2 0 9 1铝锂合金超塑性的影响，证明脉冲电流促动了动态再结晶的进程，并且原子的扩散水平得到了大幅度提升，使得空位在晶界处的形成机率增加，从而使其与原子相互结合的几率增加，甚至改善了合金的断裂模式。

90年代末，周亦胄等研究了脉冲电流对4 5号钢损伤的恢复作用，观察到经过脉冲电流处理，钢中的微裂纹可得到愈合，并且裂纹周围的组织发生了变化。

这是因为在焦耳热效应的作用下，裂纹处组织可发生局部熔化或软化，加之周围基体因为膨胀水准小，所以产生的热压应力促动了微裂纹的愈合。

从2 0 0 0年开始，姚可夫等发现合理参数的脉冲电流可使Fe73.5Cu1Nb3Si13.5E9非晶薄带在30 s内基本完成纳米晶化，相比于传统等温退火，可大幅提升效率。

此外，其对TiAl金属间化合物实行脉冲电流实验时发现，高密度脉冲电流可大幅度提升高温流变应力，并且使屈服强度提升5 0%以上。

唐国翌等开发了脉冲电流辅助轧制技术并展开了相对应的理论分析，利用该技术轧制出来的轻合金板材具有较高的塑性，并且晶粒得到了细化，组织更加均匀。

通过度析国内外在脉冲电流对金属材料改性方面的研究现状，表明脉冲电流对改善材料性能的作用机理主要表现在裂纹愈合、再结晶、相转变等方面，所以，文章将从这3个方面实行深入探讨，对取得的成果实行归纳、总结及分析。

2脉冲电流改性技术机理方面的研究现状2.1裂纹愈合脉冲电流对金属材料中微裂纹的愈合相比传统热处理具有独特的自诊断性，不需要探测材料内部微裂纹的具体位置、大小、形状等。

促动裂纹愈合的原因主要有，扩散填充、位错填充与热压填充。

2.1 .1扩散填充Zho 口等［3 9 - 4 0 ］对1 045钢通入密度j=6.4GA/m2的脉冲电流，发现钢中原有微裂纹发生了部分愈合，如图1所示，且对裂纹实行线扫描发现有明显的碳原子富集，但在原始试样中并未发现此现象。

由此可见，脉冲电流提升了碳原子的扩散水平，且因为碳原子的扩散水平大于铁原子的扩散水平, 所以出现碳原子的富集现象。

为了更准确的解释扩散机理，其从电位梯度（d①/dx）、温度梯度（dT/dx）、应变梯度（d £ dx）和浓度梯度（dc/dx）方面实行了充分说明，1）碳原子在电位梯度的作用下将由高电位向低电位移动，并在移动过程中碰到空位或微裂纹时，留在其中；2）因为裂纹等缺陷处的电阻大于未损伤基体，碳原子将在温度差的作用下扩散到裂纹处；3）缺陷处因为温升的作用引起的热膨胀大于基体处，所以会产生热压应力，使碳原子移动至微裂纹处；4）在实验开始时，裂纹处碳原子含量较少，在浓度差的作用下，碳原子向裂纹处扩散。

由此可见，在上述4个因素的共同作用下，微裂纹将得到一定水准的愈合。

此外，对断口SEM 照片实行分析，发现施加脉冲电流后的试样断口出现了类似解理的结构，而原始的试样内未有该现象。

认为原因是此区域原有的微裂纹在脉冲电流的作用下得到了愈合，加之大量的碳原子在该处富集，从而出现了解理断裂的现象，改变了该合金的断裂方式。

2.1.2位错填充周亦胄通过对1 0 4 5钢裂纹附近显微结构的观察，发现裂纹两侧的晶粒出现了波纹状结构，如图2所示。

认为这是因为位错向裂纹处扩散造成的，在对金属材料通入脉冲电流时，电能、热能、压缩应力能够在极短的时间内输入到金属材料中，在多种因素作用下，很容易发生位错滑移和攀移。

大量漂移电子会对金属中缠结的位错发生强烈撞击，产生推力使其发生运动，即电子风力，其表达式主要有3个模型。

周亦胄通过Conrad提供的数据计算得出45号钢中电子风力仅有0. lMPa，虽电子风力很小，但不同材料（主要是电导率不同）以及不同的实验参数（电压、频率、脉冲时间等）计算得出来的电子风力是不同的，不能完全忽略电子风力对原子及位错运动的影响。

通入电流时，随即产生电子风力，为处于平衡状态的原子提供了一定的电能，从而使原子处于高能激活状态，为随后热效应和热压应力的作用提供了基础。

对TC4钛合金实行脉冲电流试验后，宋辉［4 6］观察到试样中位错密度明显降低，且分布更加均匀、平直，如图3所示。

此外，He等发现，对产生加工硬化的黄铜施加一定密度的脉冲电流后，金属内部的位错密度明显降低，位错缠结现象得到明显改善，如图4所示。

说明脉冲电流能够使材料内部位错发生运动、湮灭，并且因为金属材料缺陷处有大量的晶格畸变、位错缠结等现象，使缺陷处产生不均匀的焦耳热效应，加之缺陷处电阻率很高，局部区域将在瞬间产生极大的热弹压缩应力，此应力将促动位错向着缺陷处移动并最终消失。

2.1.3热压填充与传统热处理相比，脉冲电流作用时间很短，通入脉冲电流后因为材料本身电阻将导致焦耳热效应。

因为微裂纹、孔洞等缺陷处的电阻值大于周围基体，所以温升较高，并且由式（3）可知，此时缺陷处因为热压应力的产生而处于受压状态。

加之缺陷处温升很高，可能导致局部熔化或软化，在热压应力的作用下，对其愈合也起到了促动作用。

当电流撤走后，之后的降温过程会在裂纹处产生拉应力，使裂纹反向收缩。

但因为电流通入材料时的温升速度大于降温速度，使得压应力大于拉应力，从而，材料中的微裂纹将得到愈合。

但是当电流密度过大或者裂纹尺寸较大时，裂纹的愈合效果不明显，如图5所示。

当电流密度过大时，裂纹周围出现局部熔化现象，在熔化处形成孔洞，并且其尺寸大于裂纹的宽度，所以不利于裂纹愈合。

宋辉等在脉冲电流对纯钛及钛合金裂纹愈合作用方面做了大量的研究，在对TC4钛合金实行研究时发现，适当的脉冲电流密度对TC4钛合金中微裂纹有良好的治愈作用（如图6所示），但是当电流密度过大时，增塑效果并不理想。

此外，通过对比图1和图6发现，脉冲电流通过试样后，裂纹尖端愈合水准最大，裂纹中间部位则愈合水准较低，仅仅减小了裂纹宽度或部分愈合。

对这个现象，周亦胄认为，电流在通过裂纹附近区域时发生绕流，裂纹尖端电流密度最大，裂纹中间处电流密度最小，在邻近裂纹尖端的区域，电流能够通过基体，从而能够使尖端处得到很好的愈合。

此外，研究表明在施加脉冲电流过程中，容易出现电击穿现象，该现象对裂纹的愈合也会产生一定的积极作用。

电击穿使裂纹处组织发生破坏，此处的原子处于不稳定状态, 在温度场和热压应力的作用下，很容易使该处原子发生移动使裂纹愈合。

所以，高能脉冲电流对裂纹愈合的机理主要是在非热效应（电激活、电致迁移、电子风力等）的作用下使原子激活、迁移，从而促动位错的移动，随之，在焦耳热效应以及热膨胀产生的热压应力作用下, 使已经产生局部熔化或软化的微裂纹得以愈合，从而改善金属材料的力学性能。

2.2再结晶在传统热处理中，纯金属或合金加热到一定温度以后会发生回复和再结晶，进而提升了其塑性和韧性。

高能脉冲电流技术不但能够产生焦耳热效应，还会产生由电流本身引起的电子风力和电致迁移，致使金属在更低温度下发生再结晶。

在脉冲电流导致的合金再结晶动力学方面，相关学者实行了深入系统的研究。

2.2. 1位错移动传统的再结晶理论认为位错的攀移和滑移由原子的热激活状态所决定，但是通入脉冲电流后，由电流引起的周期性电子风力将位错推至亚晶界，并且该作用力可促动原子的扩散而引起位错的攀移。

所以，脉冲电流可通过加速原子的扩散过程促动位错的移动，加快晶界长大速度，有利于在较低温度和较短时间内使金属发生回复与再结晶［°Jiang等在镁合金电致塑性轧制的研究中认为, 在脉冲电流实验中需要从空位通量的角度考虑位错的移动。

空位通量变化的原因主要有，热效应，即焦耳热效应；非热效应，如电子风力和电致迁移作用。

2.2.2晶核长大国内外学者通过对金属材料施加脉冲电流处理，获得了尺寸更细小、分布更均匀的晶粒。

刘志义等在对2091铝锂合金的研究中认为，晶核长大的驱动力是其晶界两侧储存能之差，缠结的位错在热压应力、脉冲电流产生的切应力以及空位流作用下，可获得充足能量攀移到晶界处，从而减少再结晶核心界面处的位错密度, 进而降低再结晶核心界面两侧的能量差，最终导致再结晶核心长大速率下降，获得了尺寸较小的晶粒。