电脉冲主导的Al-Li时效合金中δ'(Al3Li)相强化机制转变研究

本研究针对电塑性效应(EP)中热效应与非热效应难以解耦的难题，以Al-Li-Mg-T6合金为模型，通过脉冲电流辅助拉伸实验，揭示了电流诱导位错运动模式从剪切δ'相转变为Orowan绕越的机制，证实了电流独立于焦耳热促进交滑移、提升塑性的新机制，为精准调控高强铝合金成形性能提供理论支撑。

　　

在金属材料加工领域，电塑性效应(ElectroPlasticity, EP)一直是个充满争议的谜题。自1963年科学家发现电子束照射能降低锌单晶变形抗力以来，关于电流如何影响金属塑性的争论从未停歇。传统观点认为这仅仅是焦耳热的功劳，但随着研究的深入，越来越多的证据表明，电子与位错的直接相互作用可能才是关键。然而，要真正解开这个谜团，科学家们面临一个巨大挑战：如何将电流的热效应和非热效应分开？

这个问题之所以棘手，是因为绝大多数金属在加热时都会变得更软、更易变形。如果无法排除温度的影响，就像在浓雾中寻找灯塔，难以看清EP效应的真面目。正是在这样的背景下，一种特殊的Al-Li-Mg-T6时效合金进入了研究人员的视线。这种合金有个反常的特性：在150℃左右的中等温度下，它的塑性不仅不会提高，反而会显著下降。这种"温度越高、越脆"的反常行为，恰好为区分热效应和非热效应提供了绝佳机会。

来自国内的研究团队敏锐地抓住了这个特性，在《Journal of Alloys and Compounds》上发表了一项开创性研究。他们设计了三组精妙的对比实验：室温拉伸、150℃热拉伸和脉冲电流辅助拉伸（表面温度同样控制在150℃）。通过这种"温度匹配但电流有无"的对照设计，就像在科学迷宫中设置了一组完美的对照实验，终于让电流的非热效应无所遁形。

研究采用了三项关键技术：脉冲电流辅助拉伸系统（参数：电流密度18.7 A/mm²、频率250 Hz、占空比30%）、红外热成像温度监控和透射电子显微镜(TEM)位错分析。这些技术组合就像一套精密的"科学显微镜"，既能准确控制实验条件，又能深入观察微观结构变化。

实验结果部分揭示了一系列重要发现：

1. 在"温度匹配但电流有无"的对比中，脉冲电流样品表现出惊人的28%延伸率，是热拉伸样品的2.3倍，同时强度降低了21%。这种"强降塑升"的现象用传统热效应理论根本无法解释。
2. TEM观察显示，电流改变了位错与δ'(Al₃Li)强化相的相互作用机制：从直接的位错剪切转变为Orowan绕越。这种转变就像交通管制方式的改变，从"穿墙而过"变为"绕道而行"，显著降低了变形阻力。
3. 更有趣的是，脉冲电流促进了位错的交滑移行为，这种三维运动模式打破了常规热拉伸时的平面滑移局限，如同给位错"松绑"，大幅提升了材料塑性。

结论与意义：
这项研究首次在原子尺度证实了电流可以独立于焦耳热效应，通过改变位错运动模式（从平面滑移到交滑移）和δ'相作用机制（从剪切到Orowan绕越）来调控材料塑性。这一发现不仅解决了EP效应研究中长期存在的热/非热效应争议，更为发展新型电辅助成形技术提供了理论基石。特别是对于Al-Li这类传统难加工合金，通过精准控制电流参数来"按需调节"位错行为，有望实现强度与塑性的最佳平衡，这对航空航天用轻质合金的加工制造具有重要应用价值。

研究还提出了未来探索方向：电子风效应(Electron Wind Effect)如何具体影响位错运动？不同电流参数（频率、波形）如何精确调控微观机制？这些问题的解答将进一步推动"电控材料性能"这一新兴领域的发展。