IMDEA材料研究所的研究人员近日发表了一项关于激光粉末床熔融（LPBF）技术制造Finemet合金结晶行为的重要研究。

这项研究为理解工艺参数如何影响由金属玻璃制成的软磁组件的微观结构提供了新见解。

金属玻璃，或称非晶态金属，因其优异的机械强度、耐腐蚀性和磁性能而备受重视。Finemet合金在变压器、电感器和电动机等能源应用中尤其具有吸引力。

然而，传统方法难以在保持其非晶或纳米晶结构的同时，生产具有复杂几何形状的大块部件，这限制了该材料的广泛应用。

LPBF技术为此提供了一种替代方案，但该工艺固有的极端热条件可能引发Finemet合金中铁-硅（Fe-Si）微观结构的结晶，从而直接影响最终部件的磁效率、电阻率和机械性能。

这项研究在《增材制造》期刊上发表，是欧洲地平线AM2SoftMag项目的一部分。

研究团队采用了一种具有可变扫描速度的双重扫描策略，旨在定制打印过程中的热条件，并分析其对最终微观结构的影响。

研究发现，通过LPBF过程形成的微晶，比通过传统方法（如熔体纺丝带的退火处理）产生的微晶要大得多且更不均匀，其尺寸从几十纳米到几百纳米不等。

研究表明，结晶可能发生在熔池快速凝固的特定冷却条件下，也可能发生在后续激光扫描过程的热影响区内。

研究人员还发现，另一部分较小的枝晶形成于熔池边界，其尺寸随着冷却速率的增加而减小。

该论文的第一作者、IMDEA材料研究所的研究员Saumya Sadanand指出，要利用LPBF制造具有复杂几何形状且适合用作无源电机部件的纳米晶-非晶复合材料，参数的选择应旨在降低冷却速率。

这样做可以增加成核率，抑制大晶粒的形成，并将纳米晶的形成限制在热影响区内。

理解这些结晶机制对于金属玻璃的稳定性和性能至关重要，有助于扩展其实际应用，并将其集成到复杂的高性能系统中。

研究突显了热梯度和冷却动力学对成核和生长机制的强大影响。

该研究由IMDEA材料研究所Teresa Pérez Prado教授领导的可持续冶金团队进行，Biaobiao Yang博士和Marcos Rodríguez Sánchez博士亦有贡献。

此项研究与萨尔大学、胡安·卡洛斯国王大学和柏林工业大学合作完成。