激光能量密度调控的选区激光熔化FeSiAl软磁合金微观结构与磁性能研究

为解决传统冶金方法难以满足FeSiAl软磁合金复杂几何成形需求的问题，研究人员通过选区激光熔化（SLM）技术，系统探究了激光能量密度（LED）对FeSiAl合金微观结构（如熔池形貌、晶粒取向）及软磁性能（饱和磁化强度Ms、矫顽力Hc）的影响。结果表明，LED=167 J/m时样品沿构建方向（BD）呈现最强织构（7.64），并获得Ms=124.3 emu/g、Hc=2.9 Oe的优异性能，为电子器件微型化提供了新思路。

　　

随着电力电子器件向微型化、集成化发展，传统FeSiAl软磁合金的加工局限性日益凸显。这类材料虽具有低矫顽力(H_c)和高饱和磁化强度(M_s)的优势，但复杂几何形状的成形始终是技术瓶颈。选区激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）作为增材制造的代表性技术，为这一难题提供了突破路径。陕西高校青年创新团队联合国家自然科学基金支持的研究项目，在《Journal of Alloys and Compounds》发表成果，系统揭示了激光能量密度（Line Laser Energy Density, LED）对FeSiAl合金"微观结构-磁性能"的调控机制。

研究采用气雾化FeSiAl粉末（9.16wt.% Si, 5.46wt.% Al），通过固定激光功率（100 W）、层厚（50 μm）等参数，仅调整扫描速度实现LED梯度变化（100-250 J/m）。结合X射线衍射（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）等技术表征微观结构，并利用振动样品磁强计（VSM）测试磁性能。

Phase composition
XRD分析显示所有样品均保持体心立方（bcc）结构，但LED=167 J/m时出现DO₃超晶格峰，表明有序化程度提升。EBSD证实样品存在独特的"粗细晶交替区"现象，熔池边界存在Si元素偏聚，这种微观异质性直接影响磁畴运动。

Conclusions
研究得出三大核心结论：

1. LED增加（100→250 J/m）使缺陷率降低86%，但过高LED（>167 J/m）会导致晶粒过度粗化；
2. 最佳磁性能出现在LED=167 J/m，此时沿构建方向（Building Direction, BD）的<001>织构强度达7.64，磁各向异性显著提升；
3. 磁性能指标全面优化：M_s=124.3 emu/g（接近理论值）、H_c=2.9 Oe（平行BD方向），100kHz高频下的功率损耗P_cv降至728.39 mW/cm³。

该研究首次建立了SLM-FeSiAl合金"LED-织构-磁损耗"的定量关系模型，You Caiyin团队提出的"熔池边界元素偏聚调控"新机制，为开发高频电力电子器件提供了理论指导。值得注意的是，相比传统Fe-6.9wt.% Si合金（μ_max=5300），本研究的相对磁导率(μ=51.6)仍有提升空间，这为后续Al/Si比例优化指明了方向。