磁启动器件在援救会诊、靶向给药、微创手术等生物医学规模具有特有的上风。由于软磁材料约略在磁启动中发扬出不同的动态行为，因此不错终了更复杂和天确凿磁启动。

其中，FeSiB非晶/纳米晶合金因具有高敷裕磁化强度、低矫顽力等优异的软磁性能与高超的生物相容性，在磁启动规模发扬出极大的专揽后劲。

但是，如熔体旋淬法等传统制备要领虽能通过高冷却速率获取非晶相，但只可制备简单体式的薄带或细丝，难以餍足器件对复杂结构的需求。因此，探索兼具高冷却速率与几何定制能力的制备工艺是终了FeSiB非晶/纳米晶合金在磁启动器件规模专揽的关节。激光粉末床熔融（LPBF）金属增材制造/3D打印技艺的出现为这一难题提供了处理决策。

近日，中南大学参谋团队在JMST期刊发表了题为Competitive microstructural evolution on the soft magnetic and mechanical properties of FeSiB amorphous/nanocrystalline alloys fabricated by laser-beam powder bed fusion的论文。揭示了LPBF增材制形成形FeSiB合金中详尽度与非晶化进度的竞争性演变规章偏激对软磁性能的交换耦合调控机理。

本期谷·专栏将对JMST刊登的论文解读实质进行共享。

论文联结： https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.04.063

第一作家：高成德

通信作家：帅词俊

通信单元：中南大学

01

激光增材制造FeSiB合金成型质料-非晶度的竞争相干

LPBF算作一种典型的金属增材制造技艺，凸起的特色即是快速凝固、非均衡组织的构建和高工艺开脱度。

在LPBF进程中，激光功率、扫描速率等工艺参数共同决定体能量密度，从而影响熔池行为、成型质料以及相结构。

中南大学的参谋发现，合金密度跟着激光功率升高和扫描速率镌汰而加多。但是，较低扫描速率或较高激光功率条款下的低冷却速率却不利于非晶相的形成。

有关性分析走漏出合金的详尽度与非晶含量之间存在竞争相干，因此，优选工艺参数下详尽度和非晶含量的合理均衡是获取最好轮廓性能的必要条款。

02

FeSiB合金非晶/纳米晶双相结构的形成与共存机制

LPBF制备FeSiB合金呈现典型的非晶/纳米晶双相结构，即以非晶相为基体，α-Fe(Si)与Fe2B纳米晶晶粒嵌布于基体中，这些纳米晶颗粒相同麇集散播在熔池规模或热影响区。

由于LPBF进程中存在极高的冷却速率，熔池在快速凝固进程中约略扼制原子长程有序胪列，从而形成以非晶相为主的基体结构。但是，由于熔池里面存在温度梯度和热轮回效应，局部区域仍可能发生部分晶化，从而形成纳米圭臬的晶体相。

03

FeSiB合金软磁性能的影响要素与调控机理

LPBF制备FeSiB非晶/纳米晶合金的软磁性能主要由非晶/纳米晶双相结构、晶粒尺寸、里面弱势等多要素共同决定。

非晶结构由于贫苦晶界和低磁各向异性，可权贵镌汰矫顽力，纳米晶相的引入约略通过非晶基体与纳米晶体之间交换耦协作用来提高敷裕磁化强度，2026世界杯中国压球官网当纳米晶尺寸处于纳米圭臬且均匀散播时，可在保合手较低矫顽力的同期擢升磁化能力。

但是，晶粒尺寸增大或晶体相含量过高会导致磁畴壁清楚受到辞谢，从而加多矫顽力并镌汰软磁性能。与此同期，合金中的孔隙和裂纹等弱势也会算作畴壁的钉扎位点并导致矫顽力恶化。因此，非晶/纳米晶结构和成型质料的均衡是LPBF制备FeSiB合金终了高敷裕磁化强度与低矫顽力的关节。

04

FeSiB合金的力学性能与强化机制

LPBF制备FeSiB非晶/纳米晶合金因其非晶/纳米晶双相结构展现出增强的力学性能，并受到合金的非晶化进度与详尽度的共同影响。

非晶结构由于贫苦位错滑移机制，相同具有较高的硬度和强度，但塑性相对有限。通过在LPBF制备FeSiB合金的非晶基体中引入纳米晶强化相，可权贵擢升合金的塑性变形能力。

与此同期，合金的孔隙等里面弱势相同会在加载进程中成为裂纹萌开端而导致合金的力学性能下落。因此，参谋团队通过调控LPBF工艺参数以终了材料详尽度与非晶含量之间的均衡，从而制备兼具软磁性能和力学性能的FeSiB非晶/纳米晶合金。

05

追思与估计：激光增材制造软磁合金的将来

为处理传统制备要领在FeSiB非晶/纳米晶合金制备进程中存在的外形结构受限和生物安全恫吓的问题，这项参谋改革性禁受LPBF技艺制备FeSiB非晶/纳米晶合金，系统磋议了LPBF工艺参数对合金的成型质料、显微结构、软磁性能和力学性能的影响规章，重心揭示了工艺参数调控下合金详尽度和非晶度竞争性的内在机制偏激性能增强机理。

恶果标明，LPBF技艺是终了FeSiB合金结构与性能定制化调控的有用要领，其通过均衡详尽度与非晶化进度的竞争相干，为高性能软磁合金在磁启动规模的专揽提供了新念念路和参谋赈济。

06

图片默契

图1 不同能量密度（E，200-1000 J/mm³）下单说念熔说念的超景深图像。具体的激光功率（P）和扫描速率（v）如下：(a) 160 W，240 mm/s；(b) 200 W，240 mm/s；(c) 250 W，200 mm/s；(d) 300 W，160 mm/s；(e) 300 W，120 mm/s。

图2 LPBF制备的FeSiB样品的（a）密度和（b）非晶含量随激光功率（P）和扫描速率（v）变化的等高线图；（c）能量密度、激光功率、扫描速率、密度和非晶含量的有关矩阵（皮尔逊有相干数和斯皮尔曼秩有相干数）。

图3 LPBF制备的FeSiB样品的密度/非晶含量与激光功率、扫描速率和能量密度的点云图，以及拟合函数和R²值。

图4 LPBF制备的P300v220样品的SEM和EBSD分析：(a) 截面结构的SEM图像；(b) 熔池和热影响区；(c)热影响区内的微不雅结构；(d， f) 相图；(e， g) 对应于(d)和(f)的反极图；(h) 晶界散播；(i) 对应于(e)的晶粒尺寸-面积分数图。

图5 LPBF制备的P300v220样品的明场TEM图像：(a) TEM和SAED（插图）图像；(b) 纳米晶和非晶区域之间的较着界面；(c) 纳米晶和(d) 非晶区域的IFFT和FFT（插图）图像；(e) 非晶相中纳米晶粒和中程有序结构的HRTEM图像；(f， g) 纳米晶粒散播的TEM和HRTEM图像；(h) Fe₂B相的IFFT和FFT（插图）图像。

图6 LPBF制备的FeSiB样品的磁性能：(a) 磁滞回线；(b) Ms和Hc随非晶含量的变化；(c) 磁致伸缩弧线；(d) 敷裕磁致伸缩扫数（λmax）随非晶含量的变化。

图7 (a) 硬度和(b) 杨氏模量的等高线图（雀斑暗示压痕位置）；(c) LPBF制备的FeSiB样品的平均硬度（蓝色暗示）和杨氏模量（红色暗示）；(d) 典型的载荷-位移弧线；(e) 塑性和弹性功的散播区域；(f) 载荷-位移弧线的局部放大图。

论文援用

Chengde Gao， Jingwei Hu， Xiong Yao， Hao Pan， Cijun Shuai， Competitive microstructural evolution on the soft magnetic and mechanical properties of FeSiB amorphous/nanocrystalline alloys fabricated by laser-beam powder bed fusion， J. Mater. Sci. Technol. 246 (2026) 28-43.

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