电脉冲处理诱导Mg-Gd-Y-Zn-Zr挤压丝材强度-塑性协同增强的微观机制与工程应用

本文通过电脉冲处理（EPT）与热处理对比实验，揭示了高强稀土镁合金（Mg-Gd-Y-Zn-Zr）丝材在25 A/mm2电流密度下实现强度提升10.99 MPa、延伸率达22.70%的协同强化机制。研究发现，电脉冲可诱导静态再结晶（SRX），促进18R-LPSO相扭折变形与14H-LPSO相破碎，通过晶粒细化与第二相调控在保持高强度的同时显著提升塑性，为电弧增材制造（WAAM）专用焊丝开发提供新策略。

　　

Highlight

电脉冲处理（Electropulsing Treatment, EPT）通过热-非热效应耦合，显著提升挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr丝材的强度-塑性协同性能。在25 A/mm²电流密度下，丝材抗拉强度增加10.99 MPa，延伸率飙升至22.70%——这一"鱼与熊掌兼得"的突破性表现，归功于电脉冲诱导的三大微观魔术：静态再结晶（SRX）激活、18R-LPSO相扭折变形，以及14H-LPSO相破碎。

Material Preparation

实验采用热挤压工艺制备直径6 mm的Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金丝材（成分见表1），挤压温度480-500°C，速度0.2-0.4 mm/s，挤压比23:1。原始铸棒通过半连续铸造法制备，拉伸试样经抛光后置于特制通电铜夹具中进行电脉冲静态预处理。

Microstructural Features

X射线衍射（XRD）显示，电脉冲处理后α-Mg峰明显宽化，暗示晶粒细化与微观应变增加。有趣的是，14H-LPSO相在脉冲电流作用下发生"粉身碎骨"式破碎，而18R-LPSO相则呈现优雅的扭折变形——这种差异化的相变行为宛如材料界的"变形金刚"。

Analysis of Grain Size Evolution

电脉冲如同微观世界的"雕刻刀"：未处理样品平均晶粒尺寸15.87 μm，经20 A/mm²处理后骤降至4.69 μm；当电流密度升至25 A/mm²时，晶粒略微长大至5.23 μm，但延伸率反而提升——这说明晶界滑移机制被激活，打破了"细晶必强但脆"的传统认知。

Conclusion

电脉冲处理通过"三重奏"机制实现性能突破：① SRX软化晶界提升塑性；② 14H-LPSO破碎保留强度；③ 18R-LPSO扭折协调变形。该研究为开发"既强又韧"的稀土镁合金焊丝提供了新范式，有望解决电弧增材制造中丝材易断裂的卡脖子问题。