二、脉冲电流细化法 

电流场细化镁合金所使用的电源可分为直流电 源、交流电源和脉冲电源。虽然直流电源和交流电源 所产生的电流均能够细化金属凝固组织，但若要产生 较大的能量，其功耗又比较大，因此从安全和经济角 度考虑，并不利于工业应用和推广。而脉冲电源 具有瞬时释放能量高、功耗小等优点，因而被广泛应 用[62]。本节主要对镁合金脉冲电流处理（Pulse current treatment，PCT）细化的研究进行总结。 

（一）作用机理 

电流通过金属熔体产生的电磁力效应和孕育变质效应，是其细化金属凝固组织的主要作用机理[63-65]。脉冲电流处理熔体的过程及其放电循环如图7所示，脉冲电流通过金属熔体会生成强脉冲磁场，二者相互作用，从而在金属熔体内形成很强的电磁压强[65]。一方面，电磁压强随着脉冲电流的周期性变化而变化，金属熔体被周期性压缩，促进金属熔体传热传质和枝晶破碎，有利于增加金属熔体过冷度，提高形核率[66]。另一方面，熔体中晶胚外部存在着一层分布均匀的电荷，阻碍晶胚与原子结合形成晶核。当将脉冲电流引入合金熔体后，可以使晶胚外部的电子层发生畸变，从而促进晶胚与原子结合进而重组长大，最终成为稳定的形核核心。因此，电流场处理对合金熔体具有显著的孕育作用，能够提高形核率，使合金晶粒得到细化[63]。

（二）影响因素 

为了便于理解脉冲电流细化镁合金的共性规律， 本节主要总结脉冲电流施加方式、脉冲电压和脉冲频 率等因素对镁合金晶粒细化效果的影响。 

1、施加方式 

脉冲电流的施加方式主要有两种，即平行电极（图7[67]）和上下电极（图8[68]）。根据安培定律可知，相较于上下电极模式，平行电极模式下的脉冲电流会集中在上部熔体中，因此熔体上表面与空气之间的热交换比熔体与模具壁之间的热交换慢，脉冲电流对金属熔体的作用时间更长，晶粒细化效果更好，这在Al细化中已得以证实[67]。因此，在相同的脉冲电流参数和冷却条件下，优选平行电极模式，且平行电极的安装更为便捷，更有利于大规模工业生产。  

2、脉冲电压 

脉冲电压是影响电流场对镁合金晶粒细化效果的重要因素。在工业生产之中，不同镁合金因合金成分不同而具有不同的电流响应特性，最佳脉冲电压值便存在着差异。因此，应针对不同合金进行系统研究。 

一般情况下，脉冲电压值对晶粒细化效果的影响规律可分为两个方面。一方面，在脉冲电压值未超过阈值时，随着脉冲电压的增加，细化效果逐渐增强[68-70]。例如，周全[68]对Mg-9Al-0.6Zn-3Ca合金分别施加 100 V、200 V、300 V和400V的脉冲电流，当脉冲电压达到400 V时，晶粒细化效果最好，发达的树枝晶转变为球状或蔷薇晶。类似的，对Mg-9Al-0.6Zn-0.3Mn和 AZ91合金熔体施加脉冲电流后，晶粒细化结果显示出大致相同的规律[69-70]。

这是因为随着脉冲电压的增加，脉冲电流的峰值也随之增大，进而增强电磁力效应，从而使合金的晶粒得到显著细化。另一方面，当脉冲电压值超过阈值后，此时较高的脉冲电压会增强脉冲电流的热效应，从而使合金冷却速度变慢，晶粒细化效果减弱[71]。例如，Yang[71]等人在制备半固态AZ91D 合金的过程中，分别施加100 V、200 V、300 V和400 V 的脉冲电流，对晶粒尺寸的影响如图9所示，表明当脉冲电压为300 V时，晶粒细化效果最好，而当脉冲电压为400 V时，晶粒尺寸并未得到进一步细化。 

3、脉冲频率 

脉冲频率也是影响电流场对镁合金晶粒细化效果的重要因素之一。在脉冲电压不变的前提下，脉冲频率对晶粒细化效果的影响可分为两个方面。一方面，当脉冲频率不超过阈值而逐渐增大时，合金的平均晶粒尺寸逐渐减小[72-73]。例如，陈红等人[72]对AZ80-4Sn 合金熔体施加0~600 Hz的脉冲电流，发现脉冲频率为600 Hz时，晶粒变得最为圆整、均匀。庞松[73]对 Mg-10Gd-3Y合金熔体施加脉冲电流，发现随着脉冲频率由0增加到500 Hz，如图10所示，晶粒尺寸由340 μm 减小到226 μm[73]。这是因为随着脉冲频率的增大，脉冲电流对金属熔体的电磁力增大，增强了金属熔体的传热传质，降低了温度梯度，减少了晶核的重熔，提高了合金的形核率；合金熔体的流速差也会变大，从而产生更大的剪切应力，更容易使枝晶破碎。另一方面，当脉冲频率超过阈值后，若继续增大，平均晶粒尺寸却不再减小，甚至反而增大[74]。例如，Jia等人[74] 对AZ80合金施加20 Hz、30 Hz和40 Hz的脉冲电流，发现当频率超过30 Hz之后，合金的晶粒尺寸增大，这是因为随着电脉冲频率的增大，脉冲电流的热效应会使得小晶粒逐渐长大、甚至发生重熔，因而使得晶粒变得粗大。   

综上，镁合金电流处理已展现了良好的细化效果，其细化效果受到脉冲电流施加方式、脉冲电压和脉冲频率等因素的综合影响。然而，脉冲电流处理仍然存在着一些问题待解决：一方面，脉冲电流的细化效果并不稳定；另一方面，高密度的电流对设备、现场操作及安全的要求较高。因此，目前脉冲电流细化技术在工业生产中仍难以大规模应用。