选择性激光熔化（SLM）是一种利用高功率激光沿预定路径逐层熔化并堆积金属粉末的方法，最终实现零件制造[1],[2],[3],[4]。该方法具有接近净成形复杂结构、优异的材料性能以及广泛的材料选择等优点[5],[6],[7]。AlSi10Mg由于其较高的比强度、良好的耐热性和耐腐蚀性以及等温凝固特性，为SLM制造提供了宽泛的工艺参数范围[8]。因此，将SLM与AlSi10Mg合金结合的制造方法已广泛应用于航空航天、航空和汽车工程中关键薄壁零件的生产[9],[10]。
在SLM过程中，材料会经历多个阶段，包括单点熔池阶段、快速凝固阶段、层间循环阶段和后冷却阶段。在这些阶段中，材料会经历极高的温度梯度（10^2–10^5 K/mm）和非常高的冷却速率（10^3–10^7 K/s）[11]。由于AlSi10Mg较大的热膨胀系数，其显著的热膨胀和收缩效应在SLM过程中受到约束，从而导致零件内部形成明显的残余应力场[12],[13]。这可能会影响零件的服役稳定性，表现为疲劳强度和尺寸稳定性的降低，在极端情况下甚至可能导致零件提前断裂[14],[15]。因此，通过SLM制造的AlSi10Mg零件必须进行残余应力消除处理。
热处理目前被认为是控制残余应力最常用的方法[16]。该方法通过向材料中引入热能来改变其微观结构，从而实现残余应力的消除。对于铝合金，常见的热处理方法包括应力消除退火、T6热处理（固溶处理后的人工时效）和直接时效（即热应力消除，TSR）[17]。尽管应力消除退火和T6热处理能有效降低残余应力，但这些过程会导致材料强度显著下降[18],[19]。这是因为SLM-AlSi10Mg样品中的连续共晶硅网络在高温下受到破坏[20]。然而，由于直接时效的处理温度相对较低（<210°C），样品强度没有显著下降。不过，残余应力消除的速率仍然有限。Tang等人[21]对T6热处理和直接时效对SLM-AlSi10Mg样品的残余应力及机械性能进行了对比研究，结果表明T6处理后的样品残余应力几乎消失，但屈服强度和抗拉强度分别降低了44.8 MPa和129.5 MPa。通过直接时效（160°C，4–9小时），残余应力仅降低了32.0%–43%，而样品强度没有下降。然而，只有将处理时间延长至6小时以上，才能获得较高的残余应力消除率[22]。
磁应力消除（MSR）是一种通过将零件暴露于特定频率的脉冲或交变磁场中一段时间或一定循环次数来控制残余应力的方法[23]。作为一种先进的残余应力控制方法，MSR因其非接触操作、低能耗和高消除效率等优点而受到广泛研究[24]。当应用于铁磁材料时，通常可以实现10%至30%的残余应力消除率[25],[26],[27]。研究表明，MSR消除铁磁材料残余应力的核心机制与外加磁场与材料磁畴结构之间的相互作用有关，这种相互作用会诱导出磁致伸缩效应，从而产生微塑性变形，有效缓解残余应力[28],[29],[30]。即使对于没有磁畴的顺磁材料（如铝合金和钛合金），MSR也能观察到残余应力消除效果[31]。Wang等人[32]使用脉冲磁场处理了基于铝的复合材料，在3 T的磁场感应强度下经过30个脉冲循环后，材料的残余应力从41 MPa降低到了-1 MPa。Xu等人[33]证明脉冲磁场在TC4钛合金中实现了高达24%的残余应力消除率。在这些情况下，主要机制归因于磁塑性效应，即降低了位错运动的阻力，促进了残余应力的松弛[34]。然而，目前关于TMSR用于残余应力消除的研究仍处于初步阶段，针对顺磁材料的TMSR处理的研究更为罕见，其背后的控制机制也需要进一步研究和完善。
为了更好地利用TSR和MSR方法的优点并弥补各自的不足，提出了热磁应力消除（TMSR）方法。通过这种组合方法，可以高效地实现更低且更均匀的残余应力场。该方法是一种同时利用热能和磁能进行应力消除的技术[35]。Huang等人[36]使用TSR、MSR和TMSR方法处理铁磁材料（硅钢板）20分钟，结果表明与单一场应力消除方法相比，TMSR的残余应力消除率更高，达到了约41.3%。然而，目前关于TMSR控制残余应力的研究仍然有限，尤其是针对顺磁材料的控制效果研究更为匮乏。
总之，目前大多数通过热处理降低残余应力的方法仍然依赖于高温退火或长时间的直接时效过程。这些方法往往难以在保持高机械性能的同时实现低残余应力，同时处理时间较长且能耗较高。虽然MSR具有低能耗和短处理时间等优点，但其残余应力消除效果远不如热处理。新型的TMSR处理方法有望解决这些问题。然而，TMSR对顺磁材料（如铝合金）的残余应力、微观结构和机械性能的影响及控制机制目前尚不清楚。特别是TMSR过程中的热激活、磁塑性和微观结构演变之间的协同效应尚未得到系统阐述。因此，本研究的目的包括：(i) 探究TMSR对SLM-AlSi10Mg合金残余应力消除、机械性能和微观结构演变的影响；(ii) 建立残余应力演变模型，明确TMSR在热磁耦合作用下的残余应力消除机制；(iii) 建立强度模型，定量阐明TMSR处理对SLM-AlSi10Mg合金机械性能的调控机制。
为了实现上述研究目标，结合了SLM-AlSi10Mg样品的残余应力控制要求与先进的TMSR工艺，提出了一种高效、低能耗且能够保持机械性能的新型残余应力控制方法。为此进行了系统的定量实验研究和理论分析。本文首先分别使用TSR、MSR和TMSR方法处理SLM-AlSi10Mg样品，然后表征了处理前后的残余应力、机械性能和微观结构。最后，通过整合多尺度力学、热力学、位错动力学和电磁学理论，揭示了TMSR对残余应力和机械性能的影响机制。本研究为顺磁材料的高效高质量残余应力控制策略的发展奠定了基础，并为热磁耦合场下的残余应力消除机制提供了新的见解。
