磁运行器件在辅助会诊、靶向给药、微创手术等生物医学限度具有独到的上风。由于软磁材料大略在磁运行中推崇出不同的动态行动，因此不错结束更复杂和活泼的磁运行。

其中，FeSiB非晶/纳米晶合金因具有高有余磁化强度、低矫顽力等优异的软磁性能与精致的生物相容性，在磁运行限度推崇出极大的愚弄后劲。

然而，如熔体旋淬法等传统制备智商虽能通过高冷却速率获取非晶相，但只可制备省略方式的薄带或细丝，难以得志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智力的制备工艺是结束FeSiB非晶/纳米晶合金在磁运行器件限度愚弄的要津。激光粉末床熔融（LPBF）金属增材制造/3D打印手艺的出现为这一繁难提供了处分决策。

近日，中南大学盘考团队在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合金中普遍度与非晶化进程的竞争性演变法例过甚对软磁性能的交换耦合调控机理。

本期谷·专栏将对JMST刊登的论文解读本色进行共享。

论文谐和： 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-非晶度的竞争关系

LPBF看成一种典型的金属增材制造手艺，越过的特色即是快速凝固、非均衡组织的构建和高工艺目田度。

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

中南大学的盘考发现，合金密度跟着激光功率升高和扫描速率裁减而增多。然而，较低扫描速率或较高激光功率条目下的低冷却速率却不利于非晶相的形成。

相关性分析清晰出合金的普遍度与非晶含量之间存在竞争关系，因此，优选工艺参数下普遍度和非晶含量的合理均衡是获取最好概述性能的必要条目。

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，这些纳米晶颗粒常常齐集散布在熔池规模或热影响区。

由于LPBF经由中存在极高的冷却速率，熔池在快速凝固经由中大略禁锢原子长程有序陈设，从而形成以非晶相为主的基体结构。然而，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，从而形成纳米轨范的晶体相。

03

FeSiB合金软磁性能的影响身分与调控机理

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、里面残障等多身分共同决定。

非晶结构由于枯竭晶界和低磁各向异性，可显耀裁减矫顽力，纳米晶相的引入大略通过非晶基体与纳米晶体之间交换耦协调用来提高有余磁化强度，2026在线买世界杯中国区平台当纳米晶尺寸处于纳米轨范且均匀散布时，可在保合手较低矫顽力的同期提高磁化智力。

然而，晶粒尺寸增大或晶体相含量过高会导致磁畴壁畅通受到险阻，从而增多矫顽力并裁减软磁性能。与此同期，合金中的孔隙和裂纹等残障也会看成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合金结束高有余磁化强度与低矫顽力的要津。

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程与普遍度的共同影响。

非晶结构由于枯竭位错滑移机制，常常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，可显耀提高合金的塑性变形智力。

与此同期，合金的孔隙等里面残障时时会在加载经由中成为裂纹萌着手而导致合金的力学性能下落。因此，盘考团队通过调控LPBF工艺参数以结束材料普遍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

归来与预测：激光增材制造软磁合金的将来

为处分传统制备智商在FeSiB非晶/纳米晶合金制备经由中存在的外形结构受限和生物安全要挟的问题，这项盘考窜改性领受LPBF手艺制备FeSiB非晶/纳米晶合金，系统斟酌了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法例，重心揭示了工艺参数调控下合金普遍度和非晶度竞争性的内在机制过甚性能增强机理。

效能标明，LPBF手艺是结束FeSiB合金结构与性能定制化调控的灵验智商，其通过均衡普遍度与非晶化进程的竞争关系，为高性能软磁合金在磁运行限度的愚弄提供了新想路和盘考支持。

06

图片领会

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、密度和非晶含量的相关矩阵（皮尔逊相关联数和斯皮尔曼秩相关联数）。

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) 晶界散布；(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显着界面；(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) 纳米晶粒散布的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) 有余磁致伸缩扫数（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) 塑性和弹性功的散布区域；(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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