铝合金因具有优良的导电性,导热性、优异的强度和塑性、良好的可焊性,易加工性和耐蚀性等优点,在航空航天、轨道交通和汽车制造等领域有十分广阔的应用前景。随着工业技术的不断发展,对铝合金的加工及制备工艺提出了流程更短、效率更高、力学性能更优的要求。传统的热处理工艺虽然具有成熟的工艺体系,也能较好地提高铝合金的力学性能,但存在工艺周期长等问题,在生产效率方面存在着严峻的考验。对于材料而言,其性能主要取决于组织结构,铝合金的组织结构对温度的敏感性非常高,传统技术在控制温度稳定性方面存在诸多难题。基于细晶强化和析出强化等两种主要的铝合金强化机制,形变热处理可作为一种成熟有效的强化方法。然而,由于铝合金层错能较高,对材料的热处理参数要求过于严苛。而一些新型的制备超细晶的方式,对于铝合金而言,在获得超细晶的同时,也会引入大量晶体缺陷,从而导致塑性下降,无法满足对其综合力学性能的要求。因此,一种新型高效的提高铝合金力学性能的方法的提出将是铝合金工业生产领域发展的必然选择。脉冲电流处理技术是一种在短时间内将高能量的电-热-力耦合场输入到材料中以显著改变材料的组织形貌和力学性能的技术。目前,该技术已在液态金属凝固、疲劳裂纹修复、组织细化等领域得到广泛应用。此外,脉冲电流在同时提高金属材料的强韧性方面已取得一定的成就。因此,采用脉冲电流技术对铝合金进行处理,对满足铝合金工业生产的需求,实现高效率、高力学性能的目标具有重要的理论及指导意义。本文以Al-Mg-Si合金(6061铝合金)为实验材料,通过对脉冲电流处理电压、时长及脉冲电流作用时机进行调控,成功地制备出了超高强、超高韧的6061铝合金。通过多种组织表征手段及力学性能检测方法,从形貌观察、有限元模拟、定量计算等角度揭示出不同脉冲电流处理方式下合金的组织演变规律及强韧化机制。具体结论如下:(1)揭示出电-热-力耦合场对6061铝合金的析出过程的影响。随脉冲电流处理的电压,时长及脉冲电流作用时机的不同,6061铝合金的析出行为存在如下变化:对固溶态6061铝合金进行高电压短时长的脉冲电流处理,可促进Al5Fe Si相的析出,有效地钉扎了位错;对固溶态6061铝合金进行低电压高时长的脉冲电流处理,促进了Mg2(Si,Cu)3团簇的析出,有效地推迟了塑性变形过程中的屈服阶段并阻碍了位错的缠结;对轧制态6061铝合金进行脉冲电流处理,促进了Mg4(Si,Cu)团簇的析出,该团簇具有一层富Cu的壳结构,可有效防止其在时效过程中的生长,避免过时效的提前出现。(2)揭示出脉冲电流对位错运动及组态的影响。对于低位错密度的初始态,当电流方向与位错方向之间角度从0°~90°之间变化时,脉冲电流可促进位错的滑移及增殖,促进了具有各向同性的胞状组态的形成,这种组态可使时效过程中的Mg2Si相产生球化;而对于高位错密度的初始态,脉冲电流可有效地打破位错缠结的组态,促进规则排布的且稳定性较高的位错网状结构的形成,为时效过程中Mg2Si相的析出提供了更多的形核位置,也使后续时效态的合金具有更高的位错密度。(3)揭示出脉冲电流处理极大地促进了固溶+冷轧试样的再结晶进程,有效地细化了α-Al晶粒。同时,电子风强烈地冲击了α-Al晶界并产生了大量的晶体缺陷,从而使α-Al晶界被Mg4(Si,Cu)团簇充分浸润。此外,在电流作用下,受增强的Mg元素扩散通量的影响,析出相从晶内到晶界上的尺寸分布是呈梯度变化的。Mg4(Si,Cu)团簇以及Mg2Si相的析出降低了基体的溶质浓度,削弱了位错与柯氏气团的交互作用,从而抑制了塑性变形过程中的PLC效应,使形变更加均匀、稳定。(4)揭示出在基体无任何相变以及不施加任何塑性变形的前提下,采用脉冲电流循环处理成功地实现了6061铝合金的组织细化。和传统循环处理的合金相比,经脉冲电流循环处理的合金的晶粒尺寸降低了96.6%;此外,多次的脉冲电流处理还显著加快了(111)最密堆积面上的位错运动并促进相应小角度亚晶的形成,提高了{111}//ED的织构强度。这种织构的出现可避免解理裂纹的穿晶扩展,对合金强韧性的提升有利。(5)揭示出脉冲电流作用下6061铝合金的强韧化机理。和传统处理相比,脉冲电流处理可提高位错强化、析出强化对时效态合金屈服强度的贡献;而对于冷轧态合金,脉冲电流处理则可提高晶界强化对屈服强度的贡献;此外,在晶粒细化、必要几何位错的胞状组态以及有利的晶体取向的综合影响下,6061铝合金的塑性也得到了改善。(6)揭示出采用脉冲电流处理可实现6061铝合金强度和塑性在极短时间内的同时提高,打破了传统处理过程合金的强度与塑性此消彼长的趋势,成功地制备了高强及高韧的6061铝合金,极大地提高了处理效率。经脉冲电流处理的高强6061铝合金,与传统T6态的6061铝合金相比,抗拉强度提高了47.2%,综合力学性能提高了45.4%。经脉冲电流处理的高韧6061铝合金,与传统固溶态试样相比,其抗拉强度提高了48.9%,与传统T6态的6061铝合金相比,其塑性提高了78.9%。本文通过选用不同的脉冲电流处理的电压,时长及脉冲电流作用时机,揭示出脉冲电流作用对铝合金的组织演变规律及强韧化机制,证实了脉冲电流作用可进一步提高Al-Mg-Si合金的力学性能,为开发出一种新型高效的提高铝合金力学性能的方法提供了实验参考和理论依据。