CN112548241B - 一种基于脉冲电流加工金属材料的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于脉冲电流加工金属材料的方法及其装置。方法包括传统热处理、脉冲电流处理、冷却过程控制等步骤，实现金属材料的组织调控和强韧化，加工后的金属材料具有细化组织、溶质分布控制、多尺度/多相混合、有益应力状态、缺陷与损伤修复、表面强化、组织层状分布、大尺度多点强化等结构；装置包括主机、平板触控、电脑控制、配电系统、电源、底座，其中主机包括气动加载系统、电极、夹持系统、气氛控制系统、工件行走系统和冷却系统，装置解决了传统热处理耗时长、耗能高、表面与芯部差异大的问题，并能够对处理过程中影响因素精确控制。本发明的装置具有外加约束、冷却、气氛控制、精确定位等系统，能实现大尺度金属材料的加工。

Description

一种基于脉冲电流加工金属材料的方法及其装置

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，特别是涉及一种基于脉冲电流加工金属材料的方法及其装置。

背景技术

金属材料是社会发展进步的重要基础和标志，随着人类社会的快速进步，工业发展不仅对材料性能提出了更高的要求，而且轻量化、节能、环保也逐渐成为主题之一。为了提高金属材料的性能，快速凝固(如增材制造)、形变、热处理、表面处理等技术是传统方法中最常用、最有效的手段，但受方法本身特点所限，其不可避免的带来了一系列问题。此外，即使材料力学性能良好，一方面，服役过程中疲劳损伤无法避免，而传统方法仅能对破坏后材料修补，无法在此前消除疲劳损伤；另一方面，受装备、成本限制，优异的性能往往仅能在小尺寸材料中实现。

金属增材制造具有周期短、能耗低、组织及成分可控、可成型大尺寸、复杂结构部件等优点，但由于其自身逐层、小熔池、快速凝固的特点，虽然可以显著细化微观组织，却也不可避免地带来微观孔洞、残余应力、单向粗大柱状晶、表面粗糙度大等问题，这些问题严重影响了材料力学性能及其作为受力部件的可靠性。

形变能够有效细化金属材料中的晶粒，并破碎杂质、消除材料本身的孔洞、微裂纹等缺陷，对提升材料综合性能至关重要。但以轧制为例，金属在连续多道次变形过程中，由于位错的积累极易在局部产生开裂，因此，在变形之中往往需要加入退火处理来消除部分形变能量，但传统退火处理无法精确控制，且材料组织在高温下极易产生粗化，从而削弱了前期变形效果。

热处理是一种能够显著改善金属材料组织与性能的传统方法，但在实际应用中，特别是广泛应用的淬火、固溶、回火、时效等处理工艺，往往需要在高温保持较长时间，而在这一过程中升温速率往往较慢，且受传热影响能量损失较多，同时材料表面与芯部也往往受热不均，既造成了能量的浪费，也影响了材料组织与性能的均一性。

金属材料的表面性能对材料的整体使用寿命有重要影响，特别是与材料的耐磨性、抗疲劳、抗腐蚀等性能息息相关，因此催生了一系列改善金属材料表面性能的方法，如机械硬化(如滚压、喷丸)、化学镀、磁控溅射、电镀/电刷镀、电火花/气相沉积、钎焊、热喷涂、表面渗碳/氮、表面淬火等。但受工艺所限，这些方法往往仅能在材料表面极薄表层处理，因此对其性能的改善具有一定的限度和耐用性问题。

疲劳修复大致可分为两种途径：一种是修复疲劳裂纹，一种是在裂纹萌生前修复应变累积损伤。对于材料表面及表面附近的疲劳裂纹往往可以通过一些表面处理技术来修补，如熔焊(堆焊)、复合材料微波熔固、激光熔覆/熔凝等表面处理技术具有良好的修复效果，但对具有一定深度的裂纹等缺陷则无能为力，因此涉及疲劳裂纹萌生前的损伤修复和相应新技术开发(即破坏前疲劳修复)是金属材料加工目前亟需解决的技术问题。

脉冲电流处理技术是一种快速改善金属材料性能的新技术，它对优化和调控材料微观组织，提高材料强度，改善材料韧性具有明显的作用。众所周知，高能脉冲电流瞬时通过金属材料是一个极端非平衡过程，在金属系统中，这种由电转变为热的速度非常快，材料升温速率可达到10^5-6℃/s量级。这样的高速加热将产生材料温升与热膨胀的非同步改变，即热膨胀滞后于温升，从而形成一个瞬时的热压应力。电能、热能和应变能被瞬时输入到材料中，造成巨大的电、热、力冲击，这必然导致材料微观结构的改变，产生相变强化、细晶强化、析出强化、应变强化等多种强化效应。而通过控制脉冲电流处理工艺参数调控微观组织、协调多种强化效应来提高金属材料的强韧化水平，对于充分挖掘材料潜力具有十分重要的意义。在脉冲电流处理过程中，其作用可大致分为热作用和非热作用，且非热作用越强，也就是电流密度越大、时间越短，材料组织及性能越优异，因此，为了得到良好的处理效果，这种方法往往需要容量极大的电源和高功率的电气装置，而现有的研究仍仅限于实验室中的小尺寸样品，难以推广到大工件的工业化产品中去。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的是提供一种基于脉冲电流加工金属材料的方法及其装置。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，包括主机1、平板触控2、电脑控制3、配电系统4、电源5和底座6，所述的电脑控制3用于设置脉冲电流参数、配电系统4用于控制主机、电源5用于控制输出脉冲电流，所述主机1放置在底座6的左上端，所述的平板触控2位于主机1的右侧，配电系统4位于底座6的右上端，电脑控制3位于配电系统4的上端，所述的电源5位于主机1的下端，为电容储能式或可控硅放大式或逆变式，其特征在于：所述的主机1包括加载系统11、电极12、夹持系统13，气氛控制系统14、工件行走系统15和冷却系统16，所述的加载系统11为气动或液压式加载机构，通过实施恒定轴向力以防止接触不良，并且加载系统11具有限位程序，防止加工金属的压溃，能与脉冲电流放电过程联动，待加工的金属材料冷却后自动撤回实施的恒定轴向力；电极12的形状为平面式或凹槽式或球面式或板状式或滚轮式，能实现对金属材料的打点式或单端行走式表面脉冲电流处理；所述夹持系统13位于电极12的上部并且具有手动式楔形平移夹头，夹头处具有可拆卸式铜电极活块；所述气氛控制系统14上部和下部各带有一个气流出口，通过气流出口能将气氛控制系统14抽成真空或者输入惰性气体，抑制金属材料在脉冲电流处理过程中的氧化；所述工件行走系统15是平面可移动的并且行走路径是由平板触控2设置的；所述冷却系统16采用液态介质或气体介质对脉冲电流处理后的金属材料进行冷却。

本发明还提供了一种基于脉冲电流加工金属材料的装置加工金属材料的方法，包括如下步骤：利用加载系统11或夹持系统13将抛光打磨后的待加工金属材料与电极12保持紧密接触，再开通电源5对金属材料进行脉冲电流处理后获得所需性能的金属材料。

优选的是，利用加载系统11将抛光打磨后的待加工金属材料与电极12保持接触，将待加工的金属材料放置在工件行走系统15上面，再开通电源5对金属材料进行脉冲电流处理，通过平板触控2控制工件行走系统15的移动，以实现脉冲电流对金属材料不同位置的脉冲电流处理。

优选的是，利用夹持系统13将抛光打磨后的待加工的金属材料与电极12保持接触，再将气氛控制系统14抽成真空或者充满惰性气体后，再开通电源5对金属材料进行脉冲电流处理，经脉冲电流处理后，利用冷却系统16对金属材料冷却后获得所需性能的金属材料。

优选的是，所述待加工的金属材料的初始状态为铸态或变形态或固溶态或具有疲劳损伤或增材制造中的一种，所述待加工的金属材料为钢材料或钛合金或铝合金或镁合金或铜合金中的一种。

优选的是，所述待加工的金属材料为22MnB5钢或TC4钛合金或40Cr钢。

优选的是，所述的脉冲电流处理是通过电极12对金属材料进行打点式或单端连续式表面脉冲电流处理。

优选的是，所述的夹持系统13采用两端钳式夹持或两端顶压式夹持以保持金属材料和电极12紧密接触。

优选的是，所述的加载系统11的加载压力范围为0-1000MPa。

优选的是，脉冲电流电压5-15V，所述的脉冲处理的次数为1-10次，脉冲电流为60-1000MA/m²,频率50-2000Hz,放电时间为20-600ms。

采用高频红外测温器(测温范围0-1500℃)对加工金属材料的温度进行随时的快速检测，而且输出材料中温度变化图；示波器精确分析放电过程中电流波形及脉冲变化对材料组织与性能波动的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过结合形变、传统热处理、脉冲电流处理等工艺过程不仅可以快速、显著改善金属材料力学性能，而且可以修复材料中微观孔洞、消除残余应力及单向粗大柱状晶、降低表面粗糙度，细化金属材料组织(快速相变和再结晶)、控制溶质溶入及析出、修复疲劳损伤、快速深度改善材料表面性能、制备大尺度人工组装多相材料。

与传统热处理相比，本发明无需加热装置和保温条件，且具有快速、节能的特点，与电致塑性成型过程不同，本发明通过高密度电流的输入，将电能、热能和应变能瞬时输入到材料中，造成巨大的电、热、力冲击，这种极端非平衡条件下将产生快速再结晶、相变、溶质溶入与析出、位错组态变化等改变组织的强烈条件，从而引发相变强化、细晶强化、析出强化、应变强化等多种强化效应，具有显著改善金属材料组织及性能的作用。

与传统的材料使用后破坏修补和热等静压等修复措施相比，本发明将脉冲电流作用在具有疲劳损伤(包括已发生破坏和只有损伤没有破坏)或具有孔洞、残余应力、粗大柱状晶、表面粗糙度大的增材制造金属材料上，本发明金属材料加工方法具有重构显微缺陷、消除宏观缺陷、去除残余应力、细化材料组织等作用。

除此之外，受脉冲电流处理设备功率限制，以往的脉冲电流处理往往作用在较小尺寸材料上，本发明将表面处理和多点离散强化方法与脉冲电流处理相结合，实现了大尺度组装材料的方法，以此扩大本发明制备的金属材料在工程领域的应用。

与目前脉冲电流处理装置相比，本发明基于脉冲电流处理金属材料的装置采用了模块化的设计，装置集成了多参数精确调控、外加约束、冷却、气氛控制、精确定位等系统，具有自动化、精细化、操作简单、多功能特点。

附图说明

图1为脉冲电流处理装置整体主要部分组件剖视图；

图2为脉冲电流处理装置中主机主要部分组件剖视图；

图3表示传统热处理和实施例1最终获得的脉冲电流处理后钢材料的光学显微组织对照图；

图4表示传统热处理和实施例1最终获得的脉冲电流处理后钢材料的透射电镜组织对照图；

图5为实施例2和不同工艺处理后的TC4合金扫描电镜组织对照图；

图6为实施例3的40Cr钢合金光学显微组织图；

图7为脉冲电流对实施例5钛合金材料疲劳寿命的影响作用；

图8为实施例5待加工的TC4钛合金材料形状和尺寸。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

脉冲电流处理装置整体组件包括：1主机；2平板触控；3电脑控制；4配电系统；5电源；6底座；

脉冲电流处理装置主机1组件包括：11气动加载系统；12电极块；13夹持系统；14气氛控制系统；15工件行走系统；16冷却系统。

一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，包括主机1、平板触控2、电脑控制3、配电系统4、电源5和底座6，所述的电脑控制3用于设置脉冲电流参数、配电系统4用于控制主机、电源5用于控制输出脉冲电流，所述主机1放置在底座6的左上端，所述的平板触控2位于主机1的右侧，配电系统4位于底座6的右上端，电脑控制3位于配电系统4的上端，所述的电源5位于主机1的下端，为电容储能式或可控硅放大式或逆变式，所述的主机1包括加载系统11、电极12、夹持系统13，气氛控制系统14、工件行走系统15和冷却系统16，所述的加载系统11为气动或液压式加载机构，通过实施恒定轴向力以防止接触不良，并且加载系统11具有限位程序，防止加工金属的压溃，能与脉冲电流放电过程联动，待加工的金属材料冷却后自动撤回实施的恒定轴向力；电极12的形状为平面式或凹槽式或球面式或板状式或滚轮式，能实现对金属材料的打点式或单端行走式表面脉冲电流处理；所述夹持系统13位于电极12的上部并且具有手动式楔形平移夹头，夹头处具有可拆卸式铜电极活块；所述气氛控制系统14上部和下部各带有一个气流出口，通过气流出口能将气氛控制系统14抽成真空或者输入惰性气体，抑制金属材料在脉冲电流处理过程中的氧化；所述工件行走系统15是平面可移动的并且行走路径是由平板触控2设置的；所述冷却系统16采用液态介质或气体介质对脉冲电流处理后的金属材料进行冷却。

实施例1

将长宽高分别为60mm、10mm和2mm的22MnB5钢材料打磨抛光后置于气氛控制系统14中,再用夹持系统13将打磨抛光后的钢材料与平面式电极12保持紧密接触，然后将气氛控制系统14抽成真空后，打开电源5对打磨抛光后的整体钢材料进行脉冲电流处理180ms，脉冲电流处理参数为电压5V，电流密度470MA/m²，频率50Hz，待脉冲电流处理后，立即开通冷却系统16进行水冷处理后获得脉冲电流处理强化的钢材料。

结果表明：将实施例1最终获得的钢材料与传统热处理后的钢材料的性能比较如表1所示，与传统热处理相比，脉冲电流处理后的材料强度和塑性都得到了提升。图3中的(a)和图3中的(b)分别表示传统热处理后和实施例1获得的钢材料的光学显微组织；图4中的(a)和图4中的(b)分别表示的是传统热处理后和实施例1获得的钢材料的马氏体的板条宽度情况；通过对比：与传统热处理相比，实施例1脉冲电流处理后的组织中马氏体的板条宽度显著细化，这种超细的组织是材料力学性能提高的主要原因。

表1不同处理方式对22MnB5钢材料力学性能的影响

处理方式	抗拉强度	屈服强度	断裂延伸率(％)
				传统热处理	1553	1026	22.1
脉冲电流处理	2022	1275	24.6

实施例2

将长宽高分别为65mm、12mm和2.5mm的TC4钛合金材料打磨抛光后置于气氛控制系统14中,再用夹持系统13将打磨抛光后的钛合金材料与平面式电极12保持紧密接触，然后将气氛控制系统14抽成真空后，打开电源5对打磨抛光后的整体钛合金材料进行脉冲电流处理460ms，脉冲电流处理参数为电压5V，电流密度60MA/m²，频率50Hz，待脉冲电流处理后，立即开通冷却系统16进行水冷处理后获得脉冲电流处理强化的钛合金材料。表2为不同工艺处理TC4钛合金材料的性能变化情况。图5为不同工艺处理后的TC4合金显微组织：其中图5中的5a为传统固溶处理后的TC4钛合金材料；图5中的5b为脉冲电流处理后的TC4钛合金材料；图5中的5c为传统固溶和时效处理后的TC4钛合金材料；图5中的5d为脉冲电流和时效处理后的TC4钛合金材料；从图5可以看出：未经处理的TC4钛合金中主要是α相、少量β相、部分马氏体相的较粗大组织，经过脉冲电流处理产生的焦耳热作用及非热电作用使合金中发生了快速的相变及再结晶过程，因此，在脉冲电流处理后合金中主要为细小的等轴α组织、马氏体及保留的β相组织，水冷过程产生的快速冷却作用会在极大程度上保留合金的细小组织及相变组织，因此，材料强度会大幅度提升。

表2不同工艺处理TC4钛合金材料后的性能变化情况

处理方式	抗拉强度	屈服强度	断裂延伸率(％)
				传统固溶	1142	1010	16.4
时效(固溶后)	1207	1048	13.8
				脉冲电流处理	1264	1188	13.9
时效(脉冲电流处理后)	1358	1280	13.7

实施例3

将长宽高分别为68mm、15mm和3mm的40Cr钢材料打磨抛光后置于气氛控制系统14中,再用夹持系统13将打磨抛光后的钢材料与平面式电极12保持紧密接触，然后将气氛控制系统14抽成真空后，打开电源5对打磨抛光后的整体钢材料进行脉冲电流处理480ms，脉冲电流处理参数为电压5V，电流密度300MA/m²，频率50Hz，待脉冲电流处理后，立即开通冷却系统16进行水冷处理获得处理后的40Cr钢材料。

实施例3采用的40Cr钢材料在快速冷却中，由于大的温度梯度会产生高残余应力，这将对材料结构和性能产生较多不好的影响；40Cr钢材料经脉冲电流处理后，产生的微观应力及位错密度均有下降；但与传统热处理相比，实施例3在微观应力下降幅度相似条件下，位错密度下降不多，说明实施例3的技术方案可以在减小对材料组织影响的前提下消除快速冷却过程引起的残余应力，此外，5次脉冲电流处理后材料中会获得如图6所示的沿电流方向的层状细晶结构，可以用于消除材料中沿凝固方向的粗大柱状晶。

实施例4

将长宽高分别为69mm、16mm和3.5mm的TC4钛合金材料打磨抛光后置于气氛控制系统14中,再用夹持系统13将打磨抛光后的整体钛合金材料与平面式电极12保持紧密接触，然后将气氛控制系统14抽成真空后，打开电源5对打磨抛光后的钛合金材料进行脉冲电流处理480ms，脉冲电流处理参数为电压5V，电流密度300MA/m²，频率50Hz，待脉冲电流处理后，立即开通冷却系统16进行水冷处理获得处理后的钛合金材料。将实施例4最终获得的TC4钛合金材料以及经过3D打印处理后的TC4钛合金材料的性能对比详见表3。

表3脉冲电流和经过3D打印处理后的TC4钛合金材料的性能对比情况

处理方式	抗拉强度	屈服强度	断裂延伸率(％)	孔隙率
					3D打印处理	1120	975	12.5	4.4％
脉冲电流处理	1203	989	15.2	0.9％

由表3可以看出：钛合金材料在3D打印过程中会产生如气孔、微裂纹等缺陷，而脉冲电流处理后材料中缺陷数量大幅减少、材料孔隙率大幅减少，因此材料力学性能也得到了改善。此外，实施例4获得的材料孔隙率的减少会大幅度提高材料疲劳性能。

实例5

将尺寸为如附图8所示形状的TC4钛合金材料打磨抛光后置于气氛控制系统14中,再用夹持系统13将打磨抛光后的钛合金材料与平面式电极12保持紧密接触，然后将气氛控制系统14抽成真空后，打开电源5对打磨抛光后的钛合金材料进行脉冲电流处理460ms，脉冲电流处理参数为电压5V，电流密度60MA/m²，频率50Hz，待脉冲电流处理后，立即开通冷却系统16进行水冷处理后获得处理后的TC4钛合金材料。

实施例5的技术方案具有引发材料中组织细化、相变、再结晶、溶质再分配、位错分布/密度改变的作用，实施例5的技术方案对于金属材料的使用性能(疲劳)的改善，不仅可以从初始组织调控出发，而且可以对于疲劳过程中损伤而未破坏的材料进行类似生物有机体般的“恢复”性的处理。图7表示脉冲电流对钛合金材料疲劳寿命的影响作用：图7中的直接测试为变形退火处理后的TC4钛合金、脉冲电流处理后测试为脉冲电流处理后的TC4钛合金以及测试-脉冲电流处理-测试为对TC4钛合金材料进行一段时间疲劳测试(在疲劳过程中材料有所损伤但未对材料发生破坏)后脉冲电流处理，再次进行同样时间疲劳测试(在疲劳过程中材料有所损伤但未对材料发生破坏)，通过与变形退火后的TC4钛合金原材料相比，实施例5获得的脉冲电流处理后TC4钛合金材料较变形退火后材料疲劳寿命提高10％；测试-脉冲电流处理-测试两段寿命之和大于单次服役寿命，较单次服役寿命提高50％，说明本技术方案具有疲劳损伤修复的作用。

实施例6

将打磨抛光后的长宽高分别为150mm、150mm和5mm的大尺寸45#钢材料置于工件行走系统15上面，随着工件行走系统15的移动，加工的钢材料与球面形状电极12的相对位置也在发生改变，再通过气动加载系统11(加载压力在200MPa)将钢材料与球面形状电极12保持紧密接触，然后打开电源5对打磨抛光后的钢材料进行点对点的脉冲电流处理，在电压5V，电流密度470MA/m²，频率50Hz，脉冲电流处理180ms后，通过平板触控2控制工件行走系统15的移动，以实现对45钢材料其他位置的脉冲电流处理，脉冲电流的放电和工件行走系统15的移动是同时进行，按照前述步骤重复操作，进行脉冲电流处理，最终实现了对45钢材料在150mm×150mm面积上的脉冲电流处理。

结果表明：实施例6的技术方案是对45#钢材料板材进行打点处理，从而得到多点离散强化的大尺寸结构材料。打点处通过相变获得了强化组织，这种结构不仅能强化材料并且保持了材料良好的变形能力；45#钢材料强化区域的大小和深度可通过电流调节获得；并且结合适当的变形可以制备表面非光滑仿生结构。由于基体和电极接触的基体强化点变形能力不同，因此强化区域凸起高度可达100μm。经实验证明：因为脉冲电流处理的材料部分会经过先升温再冷却，会形成局部多点强化区域，相当于快速的淬火。这种局部多点强化与传统整体淬火进行对比，材料性能远优于整体淬火后的效果。45#钢材料基体硬度为140HV，45#钢材料淬火后硬度为340HV，经本实施例6脉冲电流处理后的45#钢材料强化区硬度可达到450HV，此外，与整体淬火后处理相比，本实施例6最终获得的45#钢材料耐磨性提高30％，塑性提高110％。

实例7

将打磨抛光后的长宽高分别为200mm、200mm和5mm的大尺寸45钢材料置于工件行走系统15上面，随着工件行走系统15的移动，加工的材料与滚轮式电极12的相对位置也在发生改变，再通过气动加载系统11(加载压力在200MPa)将打磨抛光后的钢材料与滚轮式电极12保持紧密接触，然后打开电源5对磨抛光后的钢材料进行连续打点方式的脉冲电流处理，可实现滚轮侧材料表层升温相变来强化金属材料。在电压5V，电流密度470MA/m²，频率50Hz，通过脉冲电流处理180ms后，通过平板触控2控制工件行走系统15的移动，以实现对45钢材料其他位置的脉冲电流处理，脉冲电流的放电和工件行走系统15的移动同是时进行，按照前述步骤重复操作，进行脉冲电流处理，最终实现对45钢材料进行脉冲电流处理。结果表明：本实施例实现材料表面深度达到2.5mm的改性。处理45钢材料表面硬度由大到小的顺序依次为：本实施例最终获得的钢材料>淬火处理钢材料>钢材料；处理45钢材料耐磨性由大到小的顺序依次为：本实施例最终获得的钢材料>淬火处理钢材料>钢材料。

Claims (8)

1.一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，包括主机(1)、平板触控(2)、电脑控制(3)、配电系统(4)、电源(5)和底座(6)，所述的电脑控制(3)用于设置脉冲电流参数、配电系统(4)用于控制主机、电源(5)用于控制输出脉冲电流，所述主机(1)放置在底座(6)的左上端，所述的平板触控(2)位于主机(1)的右侧，配电系统(4)位于底座(6)的右上端，电脑控制(3)位于配电系统(4)的上端，所述的电源(5)位于主机(1)的下端，为电容储能式或可控硅放大式或逆变式，其特征在于：所述的主机(1)包括加载系统(11)、电极(12)、夹持系统(13)，气氛控制系统(14)、工件行走系统(15)和冷却系统(16)，所述的加载系统(11)为气动或液压式加载机构，通过实施恒定轴向力以防止接触不良，并且加载系统(11)具有限位程序，防止加工金属的压溃，能与脉冲电流放电过程联动，待加工的金属材料冷却后自动撤回实施的恒定轴向力；电极(12)的形状为平面式或凹槽式或球面式或板状式或滚轮式，能实现对金属材料的打点式或单端行走式表面脉冲电流处理；所述夹持系统(13)位于电极(12)的上部并且具有手动式楔形平移夹头，夹头处具有可拆卸式铜电极活块；所述气氛控制系统(14)上部和下部各带有一个气流出口，通过气流出口能将气氛控制系统(14)抽成真空或者输入惰性气体，抑制金属材料在脉冲电流处理过程中的氧化；所述工件行走系统(15)是平面可移动的并且行走路径是由平板触控(2)设置的；所述冷却系统(16)采用液态介质或气体介质对脉冲电流处理后的金属材料进行冷却；所述的脉冲电流加工金属材料的装置，它加工金属材料的方法包括如下步骤：利用加载系统(11)或夹持系统(13)将抛光打磨后的待加工金属材料与电极(12)保持紧密接触，再开通电源(5)对金属材料进行脉冲电流处理后获得所需性能的金属材料；脉冲电流电压5-15V，所述的脉冲处理的次数为1-10次，脉冲电流为300-1000MA/m²,频率50-2000Hz,放电时间为20-600ms；所述的加工金属材料的方法实现了大尺度组装材料的方法，所述的打点式脉冲电流处理能够得到多点离散强化的大尺寸结构材料，打点处通过相变获得了强化组织，所述大尺寸为：长宽高分别为150mm、150mm和5mm或长宽高分别为200mm、200mm和5mm。

2.根据权利要求1所述一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，其特征在于：利用加载系统(11)将抛光打磨后的待加工金属材料与电极(12)保持接触，将待加工的金属材料放置在工件行走系统(15)上面，再开通电源(5)对金属材料进行脉冲电流处理，通过平板触控(2)控制工件行走系统(15)的移动，以实现脉冲电流对金属材料不同位置的脉冲电流处理。

3.根据权利要求1所述一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，其特征在于：利用夹持系统(13)将抛光打磨后的待加工的金属材料与电极(12)保持接触，再将气氛控制系统(14)抽成真空或者充满惰性气体后，再开通电源(5)对金属材料进行脉冲电流处理，经脉冲电流处理后，利用冷却系统(16)对金属材料冷却后获得所需性能的金属材料。

4.根据权利要求1-3任一所述一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，其特征在于：所述待加工的金属材料的初始状态为铸态或变形态或固溶态或具有疲劳损伤或增材制造中的一种，所述待加工的金属材料为钢材料或钛合金或铝合金或镁合金或铜合金中的一种。

5.根据权利要求4所述的一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，其特征在于：所述待加工的金属材料为22MnB5钢或TC4钛合金或40Cr钢。

6.根据权利要求5所述的一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，其特征在于：所述的脉冲电流处理是通过电极(12)对金属材料进行打点式或单端连续式表面脉冲电流处理。

7.根据权利要求6所述的一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，其特征在于：所述的夹持系统(13)采用两端钳式夹持或两端顶压式夹持以保持金属材料和电极(12)紧密接触。

8.根据权利要求7所述的一种基于脉冲电流加工金属材料的装置，其特征在于：所述的加载系统(11)的加载压力范围为0-1000MPa。

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