欧洲团队破解LPBF结晶难题，高非晶金属玻璃助力节能电机

欧洲AM2SoftMag项目的研究人员开发了一种铁基金属玻璃。

这种材料专为激光粉末床熔融（LPBF）技术设计，目标是做出更节能电机里的高性能软磁部件。

合金由德国萨尔大学（UdS）的研究人员设计，可以通过LPBF加工，同时保持高度非晶结构。

它包含铁、硅、硼、铌和镍，避开了常用于改善玻璃形成能力的磷、钴和稀土元素。

来自马德里材料研究机构IMDEA材料研究所的研究人员，把制造合金的LPBF工艺参数优化了一遍。

团队发现，将重熔和受控的激光关闭时间延迟结合，能做出X射线衍射检测完全非晶的样品。

这项研究最近以论文形式发表在《Acta Materialia》期刊上，目标是为未来生产高效电机的3D打印转子和定子部件打基础。

为什么要费这么大劲做这种金属玻璃？

铁基金属玻璃能减少磁滞损耗和涡流损耗，对电机来说很有吸引力。

但LPBF会反复加热和冷却材料，可能触发反玻璃化，也就是脱玻化，把软磁性能拉下来。

AM2SoftMag合金就是冲着抗结晶能力去的。

它的临界铸造厚度约1毫米，而商业化的无磷、无钴、无稀土合金，比如Kuamet 6B2和Finemet，只有大约150微米。

研究人员在RenAM500Q Flex LPBF系统上试了不同激光功率、曝光时间、扫描延迟和双扫描策略。

结果发现，重熔并没有改善化学成分均匀性。

相反，量热法和纳米压痕测试表明，第二次熔融会产生更松弛、结构异质性更低的无定形状态，后续抗结晶能力更强。

矫顽力范围在44到77 A/m之间，最低值出现在用了20毫秒延迟的单次扫描样品上。

研究报告说，44 A/m至少比之前在可比LPBF工艺处理过的无磷、无钴、无稀土铁基金属玻璃低了一个数量级。

在这些高非晶分数下，矫顽力和非晶分数之间并没有明确关系。

研究人员推测，孔隙率、残余应力和磁致伸缩可能在磁性能中起更大作用。

不过，这还只是材料和工艺开发阶段。

联盟还没有展示这种合金对完整运行电机效率的影响。

制造缺陷也卡着脖子。

打印出来的样品同时有孔隙和裂纹，要把它变成功能性电机部件，还得继续打磨。

磁导率也没测，因为样品几何形状变化，退磁因子不好准确评估。

下一步的计划是减少制造缺陷、扩大LPBF工艺规模，并且在高效电机转子和定子的物理原型里评估它。

除了萨尔大学和IMDEA材料研究所，意大利国家计量研究所和柏林工业大学也会加入下一阶段。

AM2SoftMag由欧洲创新委员会通过欧洲地平线探路者开放计划（Horizon Europe Pathfinder Open）资助，资助协议编号101046870。

增材制造其实正在电机开发的各个位置上场。

2026年2月，德国公司Additive Drives，一家做3D打印电机的厂商，拿到数千万欧元投资，要扩大它的3D打印电机技术。

它生产无稀土感应电机，对外报告工业系统效率能到98%。

同月晚些时候，麻省理工学院的研究人员展示了一种多材料挤出平台，大约三个小时就能生产出功能性的线性电机。

这套系统用四个挤出工具，把导电、磁性和结构材料组合起来，未来还打算做旋转电机。

AM2SoftMag解决的是更早阶段的材料限制。

它不是造完整的电机，而是想在LPBF工艺处理的合金里保持非晶结构和软磁性能，同时减少目前限制它用在功能性转子和定子上的缺陷。