金屬材料內部微觀缺陷的修複方法與流程
2023-05-28 23:25:46 2
本發明屬於材料工程領域，具體涉及一種金屬材料內部微觀缺陷的修複方法。
背景技術：
金屬材料內部原子結構以晶體形式呈現周期性排列，其中不可避免的存在數量極大的內部缺陷，如原子空位、晶格位錯、孿晶以及微裂紋等。缺陷的存在使得金屬材料內部原子結構和能量勢場的周期性被破壞，造成局部微區畸變，原子排列畸變區域較排列規整區域往往會具有更高的能量，影響了金屬材料在製備、加工、服役等過程中的性能。其中，金屬材料內部晶格位錯缺陷是影響金屬材料強度、塑韌性等力學性能的本質原因。金屬材料內部缺陷使得金屬材料的實際強度與理論強度之間存在3個數量級的差異；同時，晶格位錯造成金屬內部原子滑移所需的能量遠遠低於理論要求。所以金屬材料內部微觀缺陷是影響材料性能的重要因素，也是調控金屬材料性能的關鍵途徑。
金屬製品的失效往往也與材料內部的缺陷密切相關，如位錯堆積所形成的局部應力集中區域能夠誘發裂紋萌生，導致失效；金屬材料內部微觀裂紋是誘發疲勞斷裂的關鍵因素。因此，金屬材料內部微觀缺陷是金屬材料製備件服役壽命的重要制約因素。
以前，控制金屬材料內部缺陷的技術都廣泛集中於原材料的冶金過程以及金屬製件的熱處理過程。其中，冶金過程的調控往往聚焦於金屬的淨化，即利用一定物理化學原理和相應的工藝措施，去除液態金屬中的有害元素、夾雜物和氣體，如脫氧、脫硫、脫碳精煉等。金屬材料熱處理是最常見的金屬材料處理工藝，旨在通過將材料加熱到不同溫度，驅動原子擴散和相轉變，影響材料內部組織形貌和分布，間接調控內部缺陷的狀態。但是，無論是金屬熱處理工藝還是冶金過程的金屬淨化都無法從根本上修復材料晶體內部缺陷；其中，金屬熱處理會引入工件的變形、材料的氧化等不可控因素，限制了其使用的範圍；金屬材料冶金過程所採取的缺陷淨化措施雖然也能夠實現類似降低缺陷的效果，但是該技術不能修復液態金屬凝固、晶體生長過程出現的缺陷，只對外來缺陷有一定的消除和淨化作用；而且，在冶金淨化工藝中往往會引入新的添加劑，造成額外的質量輸入，對後續階段材料的性能產生不良影響。
目前，如何利用磁場、電場、磁電複合場等外場技術調控金屬材料在製備、加工、服役過程的性能，是材料工程領域重要的研究方向之一。外場技術已廣泛應用於液態成型、粉末冶金燒結以及塑性成形等金屬材料製造與再製造領域。
電場與磁場能夠明顯改變金屬液態成型過程中凝固組織的形態，細化晶粒降低成型過程的熱裂傾向；場活化燒結技術能夠快速高效低能耗地生產出高緻密度的金屬材料製備件；電致塑性與磁致塑性被應用於金屬材料塑性變形加工過程，極大地提高了金屬材料的塑性變形能力。隨著世界各國逐漸意識到人類生產活動所造成的環境破壞以及自然資源浪費等問題的嚴重性，發展可持續製造已逐漸成為工業領域的重點及焦點，其中，再製造是實現可持續製造的關鍵環節。外場技術是再製造領域的新興技術之一，例如高能脈衝電流場等外界物理場可以實現對金屬材料中各種形式裂紋的止裂作用與損傷癒合。
現有利用脈衝電流對裂紋止裂，主要是在金屬材料內部微裂紋尖端形成局部高溫，導致微區熔化從而使得裂紋尖端鈍化，以達到阻礙裂紋擴展的效果，不能實現對微裂紋的萌生以及裂紋擴展的抑制延緩效果，同時還會帶來熱變形和類似於焊接所形成的熱影響區。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種既能夠修復金屬材料內部微觀缺陷，以提高金屬材料的性能，又不會對金屬材料造成熱變形影響的金屬材料內部微觀缺陷的修複方法。
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種金屬材料內部微觀缺陷的修複方法，包括下列步驟：
步驟一，判斷待修復的金屬材料的磁性能與基體內部微觀缺陷的組態類型；
步驟二，將待修復的金屬材料置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；
步驟三，根據待修復的金屬材料的磁性能與基體內部微觀缺陷的組態類型選擇以下外場處理工藝之一進行修復：
a、若待修復的金屬材料為非鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以線缺陷塞積形成的局部微裂紋萌生核，則啟動外界物理場激發裝置，先施加0～30s的磁脈衝作用後，再施加5～15個電脈衝作用，整個處理時間為5～45s，即可完成對金屬材料內部微觀缺陷的修復；
b、若待修復的金屬材料為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以面缺陷構成的微裂紋萌生核，則啟動外界物理場激發裝置，同時施加磁脈衝和電脈衝作用，整個處理時間為5～45s，即可完成對金屬材料內部微觀缺陷的修復；
c、若待修復的金屬材料為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以線缺陷塞積形成的局部微裂紋萌生核，則啟動外界物理場激發裝置，先施加0～35個電脈衝作用，然後施加5～45s的磁脈衝作用，即可完成對金屬材料內部微觀缺陷的修復；
其中，所述磁脈衝作用的磁場強度為0～3T，磁脈衝頻率為1～10Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇0.1～1s；所述電脈衝作用的脈衝電流密度為10～103A/mm2，單個電脈衝作用的時間為0.01～200ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇0.1～1s。
進一步的是，所述外界物理場激發裝置包括脈衝電源和電極、以及勵磁電源、多匝勵磁線圈和鐵芯，所述電極與脈衝電源電連接，所述多匝勵磁線圈與勵磁電源電連接，所述鐵芯套設於多匝勵磁線圈中。
進一步的是，所述脈衝磁場由工頻交流電壓向高壓電容器組充電儲能後向多匝線圈釋放最大為4×104A的磁化電流產生。
進一步的是，所述電脈衝作用包括矩形直流脈衝和交流尖形脈衝。
進一步的是，所述待修復的金屬材料包括含有金屬元素的複合材料。
本發明的有益效果是：
(1)、本發明通過將待修復金屬材料置於外場作用空間中，利用脈衝磁場和脈衝電場的誘導作用，從而實現了金屬材料內部缺陷原位修復，不需要額外介質與能量的輸入。
(2)、本發明利用物理場能在金屬材料內部缺陷處產生能量聚焦效應，可實現快速進行缺陷修復，提升金屬材料的塑、韌性的同時可增加材料的強度和耐磨性。
(3)、經本發明修復，能夠有效抑制金屬材料內部微裂紋的萌生，並延緩已萌生微裂紋的擴展過程，可大幅度提高金屬材料的疲勞壽命。
(4)、本發明中單個電脈衝作用時間為0.01～200ms，對金屬材料的作用時間極短，因此不會對金屬材料整體產生明顯的熱效應，而僅僅實現缺陷區域的局部瞬時高溫，不會產生任何熱變形，保證了金屬製件的外形尺寸精度。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明的具體實施方式作進一步的說明。
金屬材料內部微觀缺陷的修複方法，包括下列步驟：
步驟一，判斷待修復的金屬材料的磁性能與基體內部微觀缺陷的組態類型；
步驟二，將待修復的金屬材料置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；所述外界物理場激發裝置包括脈衝電源和電極、以及勵磁電源、多匝勵磁線圈和鐵芯，所述電極與脈衝電源電連接，所述多匝勵磁線圈與勵磁電源電連接，所述鐵芯套設於多匝勵磁線圈中；
步驟三，根據待修復的金屬材料的磁性能與基體內部微觀缺陷的組態類型選擇以下外場處理工藝之一進行修復：
a、若待修復的金屬材料為非鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以線缺陷塞積形成的局部微裂紋萌生核，則啟動外界物理場激發裝置，先施加0～30s的磁脈衝作用後，再施加5～15個電脈衝作用，整個處理時間為5～45s，即可完成對金屬材料內部微觀缺陷的修復；
b、若待修復的金屬材料為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以面缺陷構成的微裂紋萌生核，則啟動外界物理場激發裝置，同時施加磁脈衝和電脈衝作用，整個處理時間為5～45s，即可完成對金屬材料內部微觀缺陷的修復；
c、若待修復的金屬材料為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以線缺陷塞積形成的局部微裂紋萌生核，則啟動外界物理場激發裝置，先施加0～35個電脈衝作用，然後施加5～45s的磁脈衝作用，即可完成對金屬材料內部微觀缺陷的修復；
其中，所述磁脈衝作用的磁場強度為0～3T，磁脈衝頻率為1～10Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇0.1～1s；所述電脈衝作用的脈衝電流密度為10～103A/mm2，單個電脈衝作用的時間為0.01～200ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇0.1～1s。
通過該方法可以對整體金屬材料製備件或是大型金屬零件的局部區域進行修復處理。該方法不僅可以對由純金屬元素組成的材料進行修復，而且還可以對含有金屬元素的複合材料進行修復，例如：金屬陶瓷、硬質合金等等。所述金屬材料不僅限於鐵磁性材料，也同樣包括非鐵磁性材料，例如鈦合金等。
本發明通過將待修復的金屬材料置於外界物理場激發裝置的外場作用空間中，利用脈衝磁場和脈衝電場的誘導作用，從而實現了金屬材料內部缺陷原位修復，不需要額外介質與能量的輸入。本發明中所採用10～103A/mm2的脈衝電流以及0～3T磁場強度本質上是一種高密度脈衝能，當該脈衝能作用於金屬材料內部原子時，將優先激發具有更高能量的缺陷區域原子，使其獲得更大的動能，從而克服能壘限制離開固定位置。大量被外場誘導激發的缺陷區域原子會在外場作用間隙時向能量更低的區域周期性重排，宏觀表現為金屬材料內部原子結構缺陷數目大幅度降低，同時未被修復的缺陷呈現出更加穩定的狀態和分布，實現了對金屬材料內部缺陷在外場誘導下的原位自修復。
本發明利用物理場能在金屬材料內部缺陷處產生能量聚焦效應，可實現快速進行缺陷修復，提升金屬材料的塑、韌性的同時可增加材料的強度和耐磨性。金屬材料內部缺陷區域具有更高的電阻率，脈衝電流作用下將會在缺陷區域形成電熱聚焦，形成較原子周期排列區域顯著的能量起伏。另一方面，強電流在金屬材料內部產生劇烈的電遷移，頻繁定向地撞擊堅固的位錯缺陷，使得位錯滑移更加容易發生。同時，磁場引入磁致伸縮所誘發的磁致振動與微區電熱聚焦產生的局部應力以及電遷移造成的撞擊形成合力，聚焦於金屬材料內部缺陷，在微區形成高能量密度場作用與驅動力作用，從而實現缺陷修復與調控。本發明由於外場作用對結構缺陷的選擇性作用，具備更強的針對性和高能特徵，表現出更高效和更快速的缺陷修復，從而可有效提高金屬材料的性能。
經本發明修復，能夠有效抑制金屬材料內部微裂紋的萌生，並延緩已萌生微裂紋的擴展過程，可大幅度提高金屬材料的疲勞壽命。金屬材料內部微裂紋的萌生取決於微區的應力集中程度，應力集中往往是內部缺陷如位錯晶界等的堆積、缺陷運動的阻塞所造成。本發明通過對金屬材料內部缺陷的特異性能量聚焦作用，實現缺陷修復與調控，能夠大幅度降低應力集中程度，從而實現對微裂紋萌生的抑制。另一方面，缺陷的修復和分布狀態的改善能夠強化材料基體的強度，增強晶體內原子間結合能，使得已存在的微裂紋擴展需要更大的驅動力，從而鈍化微裂紋尖端，延緩裂紋擴展與斷裂失效，提高服役壽命。
本發明中單個電脈衝作用時間為0.01～200ms，對金屬材料的作用時間極短，因此不會對金屬材料整體產生明顯的熱效應，而僅僅實現缺陷區域的局部瞬時高溫，其產生的熱效應遠遠不足以引起金屬材料整體的形變，保證了金屬製件的外形尺寸精度。此外，本發明所採用的磁場對金屬材料產生的熱效應有限，整體溫度能夠很好的控制在室溫到200℃之間。
具體的，所述脈衝磁場由工頻交流電壓向高壓電容器組充電儲能後向多匝線圈釋放最大為4×104A的磁化電流產生。所述電脈衝作用包括矩形直流脈衝和交流尖形脈衝。
實施例1
取工廠生產的YG6牌號硬質合金，燒結製備為直徑為10mm的硬質合金棒材，該硬質合金棒材為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以層錯，亞晶界、物相界面等面缺陷構成微裂紋萌生核。將該硬質合金棒材置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中，具體為，將硬質合金棒材的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇b項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，打開勵磁電源與脈衝電源，同時施加磁脈衝和電脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為2.5T，磁脈衝頻率為1Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇1s；電脈衝作用的脈衝電流密度為10A/mm2，單個電脈衝作用時間為20ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇0.5s；整個處理時間30s，即可完成對YG6硬質合金棒材的內部微觀缺陷一定程度的修復。結果表明，修復後硬質合金棒材的硬度為HRA92.5，較修復前的硬度HRA89提高了3.93％；修復後硬質合金棒材的抗彎強度為2130MPa，較修復前的抗彎強度1970MPa提高了8.12％，明顯改善了該型號硬質合金棒材的力學強度性能。
實施例2
取工廠生產的YG8牌號硬質合金，燒結製備為直徑為10mm的硬質合金棒材，該硬質合金棒材為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以層錯，亞晶界、物相界面等面缺陷構成微裂紋萌生核。將該硬質合金棒材置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中，具體為，將硬質合金棒材的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇b項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，打開勵磁電源與脈衝電源，同時施加磁脈衝和電脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為2.5T，磁脈衝頻率為2Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇0.5s；電脈衝作用的脈衝電流密度為15A/mm2，單個電脈衝作用時間為10ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇1s；整個處理時間30s，即可完成對YG8硬質合金棒材的內部微觀缺陷一定程度的修復。結果表明，修復後硬質合金棒材的硬度為HRA92.5，較修復前的硬度HRA89提高了3.93％；修復後硬質合金棒材的抗彎強度為1730MPa，較修復前的抗彎強度1500MPa提高了15.33％，明顯改善了該型號硬質合金棒材的力學強度性能。
實施例3
取工廠生產的YG15牌號硬質合金，燒結製備為直徑為10mm的硬質合金棒材，該硬質合金棒材為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以層錯，亞晶界、物相界面等面缺陷構成微裂紋萌生核。將該硬質合金棒材置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中，具體為，將硬質合金棒材的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇b項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，打開勵磁電源與脈衝電源，同時施加磁脈衝和電脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為2.5T，磁脈衝頻率為2Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇0.5s；電脈衝作用的脈衝電流密度為20A/mm2，單個電脈衝作用時間為5ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇1s；整個處理時間30s，即可完成對YG15硬質合金棒材的內部微觀缺陷一定程度的修復。結果表明，修復後硬質合金棒材的硬度為HRA89.3，較修復前的硬度HRA87提高了2.64％；修復後硬質合金棒材的抗彎強度為2360MPa，較修復前的抗彎強度2100MPa提高了12.381％，明顯改善了該型號硬質合金棒材的力學強度性能。
實施例4
將機械加工行業用YG12牌號的尺寸為Φ6mm的硬質合金銑刀35支，該硬質合金銑刀為鐵磁性材料且在製備過程中其內部微觀線缺陷聚集形成微裂紋萌生核。將其安裝在夾持平臺上，並置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；具體為，將該硬質合金銑刀的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇c項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，先啟動脈衝電流源，施加5個電脈衝作用，而後關閉脈衝電流源開啟勵磁電源，施加30s的磁脈衝作用。磁脈衝作用的磁場強度為2.5T，磁脈衝頻率為5Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇1s；電脈衝作用的脈衝電流密度為70A/mm2，單個電脈衝作用時間為5ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇1s；整個處理時間為35s，即可完成對該批次硬質合金銑刀內部微觀缺陷一定程度的修復。為檢驗效果，將同一批次經過修復和未修復的銑刀在相同的切削參數下加工淬回火熱處理40Cr調質鋼端面，結果表明，未修復的銑刀平均每支加工420件，經過修復的銑刀平均每支加工910件，壽命增加了1.16倍。
實施例5
將機械加工行業用YG6牌號的尺寸為Φ6mm的硬質合金銑刀35支，該硬質合金銑刀為鐵磁性材料且在製備過程中材料內部微觀線缺陷聚集形成微裂紋萌生核。將其安裝在夾持平臺上，並置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；具體為，將該硬質合金銑刀的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇c項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，先啟動脈衝電流源，施加15個電脈衝作用，而後關閉脈衝電流源開啟勵磁電源，施加30s的磁脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為2.0T，磁脈衝頻率為2Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇1s；電脈衝作用的脈衝電流密度為100A/mm2，單個電脈衝作用時間為0.05ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇1s；整個處理時間為45s，即可完成對該批次硬質合金銑刀內部微觀缺陷一定程度的修復。為檢驗效果，將同一批次經過修復和未經修復的銑刀在相同的切削參數下加工淬回火熱處理40Cr調質鋼端面，結果表明，未經修復的銑刀平均每支加工340件，經過修復的銑刀平均每支加工600件，壽命增加0.76倍。
實施例6
取工廠生產的牌號為YG6的硬質合金板材，利用線切割製成150×30×5mm的光潔表面板材共15塊，該硬質合金板塊為鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以層錯，亞晶界、物相界面等面缺陷構成微裂紋萌生核。將該硬質合金板塊置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中，具體為，將硬質合金板塊的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇b項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，打開勵磁電源與脈衝電源，同時施加磁脈衝和電脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為3T，磁脈衝頻率為2Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇1s；電脈衝作用的脈衝電流密度為15A/mm2，單個電脈衝作用時間為10ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇1s；整個處理時間為45s，即完成對該批次硬質合金板塊內部微觀缺陷一定程度的修復。通過sigma-B型渦流電導率儀對修復前後的電導率進行檢測，修復前平均電導率為1.62MS/m，經過修復後的平均電導率為1.73MS/m，經過修復後硬質合金板的電導率提升了6.79％，表明材料內部微觀缺陷被一定程度的修復。
實施例7
取市場上廣泛銷售的牌號為YH6F，規格為Φ3.25×38.7mm的微細硬質合金棒材。該微細硬質合金棒材為鐵磁性材料且在製備過程中材料內部微觀線缺陷聚集形成微裂紋萌生核。將其安裝在夾持平臺上，並置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；具體為，將該微細硬質合金棒材的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇c項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，不施加電脈衝作用(即施加0個電脈衝作用)，開啟勵磁電源，施加45s的磁脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為2.5T，磁脈衝頻率為2Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇0.5s，即完成對該批次該微細硬質合金棒材內部微觀缺陷一定程度的修復。結果表明修復後該微細硬質合金棒的硬度為HV2144.9，較修復前硬度為HV2123.1提高了1.03％；修復後該微細硬質合金棒的斷裂韌性KIC8.1112，較修復前的斷裂韌性為7.9033提高了2.63％；表明修復後既提高了該微細硬質合金棒材的強度又提高了其塑韌性。
實施例8
取市場上廣泛生產銷售的牌號為TC4的鈦合金板材，利用線切割製成150×30×5mm的光潔表面板材共15塊。該鈦合金板塊為非鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以位錯等線缺陷塞積形成局部微裂紋萌生核。將其安裝在夾持平臺上，並置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；具體為，將該鈦合金板塊的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇a項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，先啟動勵磁電源，施加30s的磁脈衝作用，而後關閉勵磁電源啟動脈衝電流源，施加15個電脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為1.5T，磁脈衝頻率為10Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇0.1s；脈衝電流密度為103A/mm2，單個電脈衝作用的時間為0.01ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇1s；整個處理時間45s，即可完成對該批次鈦合金板塊內部微觀缺陷一定程度的修復。通過sigmaB型渦流電導率儀對修復前後鈦合金板塊的電導率進行檢測，修復前的平均電導率為0.59/m，經過修復後的平均電導率為1.12MS/m，經過修復後電導率提升了89.83％，表明材料內部微觀缺陷被一定程度的修復。
實施例9
取廣泛應用於工業製造領域的TC4鈦合金材料，線切割製成20份尺寸為55×10×10mm的塊體。該鈦合金板塊為非鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以位錯等線缺陷塞積形成局部微裂紋萌生核。將其安裝在夾持平臺上，並置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；具體為，將該鈦合金板塊的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇a項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，先啟動勵磁電源，施加30s的磁脈衝作用，而後關閉勵磁電源啟動脈衝電流源，施加15個電脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為2.0T，磁脈衝頻率為5Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇0.5s；脈衝電流密度為500A/mm2，單個電脈衝作用時間為0.02ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇0.2s；整個處理時間為45s，即完成對該批次TC4鈦合金板塊內部微觀缺陷一定程度的修復。結果表明，修復後的TC4鈦合金板塊平均衝擊韌性為78.6J/cm2，較修復前的平均衝擊韌性69.4J/cm2提高了13.256％。
實施例10
取廣泛應用於工業製造領域的TC4鈦合金材料，線切割製成20份尺寸為140×30×15mm的塊體材料並按照國家標準GB/T 4161-2007《金屬材料平面應變斷裂韌度KIC試驗方法》中的規定製成測試斷裂韌性的標準試樣。該鈦合金板塊為非鐵磁性材料且基體內部微觀缺陷組態中主要以位錯等線缺陷塞積形成局部微裂紋萌生核。將其安裝在夾持平臺上，並置於能夠產生脈衝磁場和脈衝電場的外界物理場激發裝置中；具體為，將該鈦合金板塊的兩端與脈衝電源的電極相連，並放置於多匝勵磁線圈和鐵芯形成的磁場中；選擇a項外場處理工藝進行內部微觀缺陷修復，先啟動勵磁電源，施加25s的磁脈衝作用，而後關閉勵磁電源啟動脈衝電流源，施加20個電脈衝作用；磁脈衝作用的磁場強度為0.5T，磁脈衝頻率為2Hz，每施加完一個磁脈衝作用後間歇1s；電脈衝作用的脈衝電流密度為700A/mm2，單個電脈衝作用時間為0.01ms，每施加完一個電脈衝作用後間歇0.1s；整個處理時間35s，即可完成對該批次TC4鈦合金材料內部微觀缺陷一定程度的修復。結果表明，修復後的TC4鈦合金板塊的平均裂紋擴展速率為0.0683mm/KC，修復前的試樣平均裂紋擴展速率為0.1025mm/KC。表明經過修復後的TC4鈦合金能夠有效延緩微裂紋的擴展。