激光定向能量沉积制备低矫顽力高硅含量Fe-6wt%Si电工钢的微观结构与磁性能研究

本研究针对高硅含量Fe-Si合金传统加工难题，采用激光定向能量沉积(DED)技术制备Fe-6wt%Si合金，通过同步辐射X射线衍射与透射电镜揭示了B2/D03有序相的存在，获得201 emu/g的高饱和磁化强度(Ms)和1.1 Oe的低矫顽力(Hc)，热处理后Hc进一步降至0.8 Oe，为高性能电工钢制备提供新范式。

　　

在能源转型的全球背景下，高效电磁材料的研发成为关键突破口。传统Fe-Si电工钢虽成本低廉，但硅含量超过4wt%时会出现严重脆性问题，导致加工困难。更令人遗憾的是，恰恰是这些高硅合金（6-6.8wt% Si）具备理想的电磁性能——高电阻率、低涡流损耗、近乎零磁致伸缩，每年可节省超10000吉瓦时能源。这一矛盾局面持续困扰学界，直到增材制造技术带来转机。

美国德克萨斯州立大学敏捷自适应增材制造中心的研究团队另辟蹊径，采用激光定向能量沉积(DED)技术制备Fe-6wt%Si合金，通过精确调控激光能量密度（476 J/mm²和119 J/mm²），成功突破传统工艺瓶颈。研究发现，沉积态合金中不仅存在体心立方(BCC)晶粒，还首次通过同步辐射X射线衍射和透射电镜(TEM)确证了B2/D0₃有序相的存在。更令人振奋的是，该材料展现出201 emu/g的优异饱和磁化强度(M_s)和仅1.1 Oe的低矫顽力(H_c)，经热处理后H_c进一步降至0.8 Oe，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究团队主要采用三项关键技术：1）激光定向能量沉积系统（波长1.064 μm）制备立方体样品；2）同步辐射X射线衍射解析B2/D0₃有序相结构；3）振动样品磁强计(VSM)测定磁性能。

【SEM结果】显示高能量密度(476 J/mm²)样品呈现沿构建方向生长的柱状晶，层间出现柱状/等轴混合晶粒，这种各向异性结构与激光能量密度呈显著相关性。

【总结与结论】指出：1）高能量密度样品因冷却速率较低，B2/D0₃超晶格衍射强度更高；2）热处理后晶粒粗化与有序相重组使H_c降低；3）D0₃相通过降低磁各向异性显著改善软磁性能。

这项研究的意义在于：首次阐明DED工艺参数对Fe-6Si合金有序相演变的调控机制，建立激光能量密度-微观结构-磁性能的定量关系。相比传统LPBF工艺，DED制备的合金兼具更低H_c和更高M_s，为电动汽车电机、变压器铁芯等应用提供理想材料解决方案。正如Garibaldi等学者预言，这项技术或将重塑高硅电工钢的产业格局。