温度-磁场-应力三场耦合机制在电工金属材料中的协同强化效应研究

　　针对传统残余应力消除技术效率低、能耗高、适用范围有限等问题，研究人员创新性地提出温度-磁场应力消除（TMSR）方法，通过硅钢实验与Fe晶体模拟揭示了"1+1>2"的协同减应力效应，证实热-磁耦合可提升原子磁矩并软化晶体结构，为绿色高效应力调控提供新策略。

　　

在制造业高速发展的今天，残余应力如同潜伏在材料中的"隐形杀手"——它既是加工过程的必然产物，又成为后续工序的隐患源头。传统应力消除技术各自面临严峻挑战：自然时效耗时数月、热处理能耗惊人、振动法效果有限、磁处理仅适用于特定材料。更棘手的是，高温退火虽能有效消除应力，却会引发材料相变和性能劣化，这种"拆东墙补西墙"的方式显然不符合绿色制造的发展趋势。

面对这一行业痛点，中国某高校的研究团队独辟蹊径，将目光投向温度与磁场的协同效应。受前期磁-振复合处理研究中"1+1>2"现象的启发，研究人员猜想：若将温和加热与磁场处理结合，是否能在避免材料损伤的同时获得超预期的应力消除效果？这一创新思路催生了温度-磁场应力消除（Temperature-Magnetic Stress Relief, TMSR）技术的诞生，相关成果发表在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。

研究采用实验与模拟双管齐下的策略：一方面以国产B50A250硅钢为对象，在100°C/2T条件下进行TMSR处理；另一方面运用密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）模拟不同温度场中Fe晶体的性质演变。通过磁畴观测、位错分析等表征手段，结合晶体力学性能计算，系统揭示了三场耦合的作用机制。

实验参数
选用厚度0.5 mm的商业硅钢片，在严格控制温度（100°C）、磁场强度（2T）和处理时间（20分钟）的条件下进行对比实验，确保数据可比性。

实验结果
数据清晰显示TMSR的协同效应：单独热处理的应力消除率为23.1%，单独磁处理为34.5%，而TMSR竟高达68.9%，远超两者算术和。微观表征更发现惊喜——处理后材料内部位错密度显著增加，且出现均匀分布的平行磁畴结构。这种"因祸得福"的现象暗示应力消除过程可能同步优化了材料微观结构。

DFT模拟结果
计算数据揭示关键机制：温度升高时Fe晶体原子磁矩持续增强，且与应力状态无关，证实存在显著的热-磁耦合强化效应。这正是TMSR产生"1+1>2"效果的核心物理机制。同时模拟还发现，升温会导致晶体持续软化，当超过临界温度时甚至诱发相变，这为温度窗口选择提供了理论依据。

结论与展望
该研究不仅证实TMSR在硅钢中的卓越应力消除效果，更通过多尺度研究阐明其三大科学机制：热激活促进原子重排、磁场调控磁畴取向、热-磁耦合增强原子磁矩。这种复合处理方法相比传统技术具有显著优势：能耗降低50%以上，处理时间缩短80%，且不会引发有害相变。

特别值得关注的是，DFT模拟首次从电子结构层面揭示了温度-磁场-应力的三场耦合规律，为发展智能应力调控技术奠定了理论基础。团队负责人Gang Huang指出，该方法可推广至变压器铁芯、电机转子等关键部件的应力控制，对提升电工装备能效具有重要意义。未来研究将探索更复杂材料体系中的多场耦合效应，并开发配套的智能化处理装备，推动该技术从实验室走向工业化应用。

这项研究为破解传统应力消除技术的"高能耗-低效率"困局提供了创新解决方案，其揭示的三场耦合机制更为新型功能材料的开发打开了新思路。正如审稿人所言："这项工作在基础理论突破与工程应用价值之间实现了完美平衡"。