武汉理工大学华林教授团队在Progress in Materials Science上发表综述论文

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【图文解析】

电磁处理的特征包括电磁处理的能量生成与传递、靶向性、极端时空尺度特性、缺陷修复等，如图1。电磁处理的作用机制主要包括热效应和非热效应：热效应主要指焦耳热效应和热应力效应；非热效应则包括一系列不依赖材料加热的物理现象，如电子风效应，集肤效应，磁致振动效应，磁畴演变，磁致伸缩效应，电子自旋，位错脱钉等，如图2。

图1、电磁处理的特征

图2、电磁处理的潜在机制

电磁处理能够诱导金属材料微观结构的多维演变，包括晶粒尺寸与晶界变化、相变与相组成演化、缺陷演变、再结晶行为、织构演变以及应力应变分布等。作为一种非接触式外场调控手段，电磁场可在不改变构件尺寸的前提下高效、环保地调控金属材料的微观结构与力学性能。研究表明，电磁场作用可改变液态金属形核条件，同时通过电磁搅拌效应实现晶粒细化。电磁场的方向与相对磁导率对晶粒生长和织构演变具有显著影响。特定取向晶粒在电磁场作用下会呈现择优生长特性。钉扎障碍与位错产生的自由基对在电磁场作用下可从S态转变为T态，从而提升位错运动能力并增强材料塑性。电磁场对晶粒生长的调控呈现双重效应：动态电磁场在某些条件下促进晶粒长大，而在其他条件下则抑制晶粒生长。此外，电磁场可促进位错胞或亚晶界形成，其诱导的结构松弛效应能促使自由体积空位湮灭，为缺陷修复提供形核与扩展条件。电磁处理能够有效修复材料内部孔隙并降低孔隙率，消除材料内部缺陷，大幅延长构件服役寿命，如图3。多种金属材料经电磁处理后孔隙直径显著减小，材料孔隙率也呈现明显下降趋势。微观结构改善对材料性能提升具有重要影响。

图3、电磁处理前后孔隙直径和孔隙率变化

电磁处理对金属材料力学性能具有显著影响。对于非铁磁性材料（如钛合金、铝合金、镁合金和铜合金），通常采用电流处理来优化其性能。相比之下，对于铁磁性材料（如铁合金和镍基合金），磁场处理在性能优化方面更为有效。电流密度、磁场强度、磁场方向和处理持续时间是通过电磁处理影响金属材料性能的主要因素。

磁场通过稳定位错、缓解残余应力和改变晶界形态来提高金属材料的疲劳抗力。短期的高强度磁场可迅速消除表面残余应力，而长时间的处理可能会导致应力重新分布。不同方向磁场对材料性能的影响各不相同。对于具有磁各向异性的材料，磁场方向会诱导晶粒沿特定结晶轴择优取向，实现更为显著的性能优化。磁性材料应优先使磁畴与应力释放方向一致。非磁性材料则需要利用磁场方向来诱导晶粒取向优化。

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