软磁材料增材制造的最新进展
创新的软磁材料增材制造：突破与应用
增材制造技术正深刻革新软磁材料（SMM）的世界，它不仅解决了传统制造中的固相问题，还提升了磁性性能。研究者们聚焦于AM技术如何精细操控SMM的微观结构和磁性参数，如磁导率（μr）、矫顽力（Hc）、剩磁（Mr）、磁化率（r）和磁滞系数（k），以适应电机设计的多样化需求。SMM可分为软磁、硬磁和超顺磁，每个类别都有其独特的应用场景。L-PBF、SLM、DED和SPS等技术被用于制造多种SMM，如Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Co、SMC和铁氧体，每种材料都展现出不同的性能潜力。
激光粉末床熔融（L-PBF）的智能磁芯设计
通过精确控制，L-PBF制造的磁芯能够在减小50Hz下的功率损耗至11.2W/kg的同时，优化凹槽深度、金属粉末粒度、硅含量以及后处理工艺。策略性地采用薄化槽结构、细颗粒粉末（20μm）和适量增加硅元素，同时调整处理顺序，能够显著提升磁芯性能。
几何结构与磁性探索
- Quercio的研究揭示了矩形与圆柱形零件中矫顽力的差异，形状和热处理对磁导率产生显著影响。
- Selema则通过3D微挤压和L-PBF技术，展示了磁性材料性能的显著提升。
扫描策略与微观结构演变
- Haines的研究指出，不同的扫描策略对微观结构产生显著影响，尤其是温度和退火时间的精确控制至关重要。
成本效益与创新制造
- Martin的研究通过MIM技术成功制造出Fe-3%Si环形磁芯，证明了AM在经济可行性和性能上的突破。
对Fe-3.7%Si磁芯的研究，Tiismus团队通过调整工艺参数，优化了密度、表面粗糙度和磁性能，展示了AM在材料性能提升上的潜力。
图片示意：微观世界与性能展示
- 图3呈现了样品的CAD模型，展示了不同结构和用于测量磁性能的样品。
- 图4-5阐述了扫描策略和跳点示意图，揭示了工艺细节。
- 图6深入探讨了扫描参数如何影响密度、粗糙度与磁性能的关系，揭示了精细控制的重要性。
在激光能量密度提升时，粗糙度并非唯一考量，如16-20 J/mm3下，能量不足于实现均匀融合，而降低扫描速度能促进融合和更均匀的结构（图6d、e）。高功率激光可能导致样品变形（图6f）。XRD研究显示，单一的α-铁氧体BCC相中，硅含量增加有助于抑制γ相的形成。磁性能测试显示，Fe-3.7%Si磁芯的磁滞损耗为0.8 W/kg，最大相对磁导率高达8400，磁化率随磁场强度变化显著。
通过采用70W激光和0.250m/s的扫描速度，研究者实现了5300的相对磁导率，同时将功率损耗控制在4W/kg。SLM中的Fe-6.9%Si处理揭示，低能量下可能产生纤维状结构，而随着激光功率提升，会转变为立方晶格，这影响了磁性能。退火和XRD分析显示，退火温度的调整对磁性有显著影响，如矫顽力稳定在16A/m，Mr值有所降低。
高硅含量钢的电磁性能引人注目，但同时存在脆性问题。在SLM工艺中，激光能量对磁性的影响明显，而退火则能优化硬度和磁性。通过9.99%的Si含量和特定参数，如E=350J/m, v=0.5m/s, P=175W，样品的孔隙率达到99.98%，形状为球形。
总结，软磁材料增材制造的最新进展展示了工艺参数、材料选择和后处理技术对性能的深远影响。从Fe-Si合金的优化到高硅钢的磁性调整，每一步都推动了软磁材料在电机和工业应用中的革新。通过精细的磁芯设计、扫描策略和热处理，AM正在开启软磁材料性能的新篇章，为未来的设计与制造带来无限可能。
软磁材料增材制造的最新进展
答：增材制造技术正深刻革新软磁材料（SMM）的世界，它不仅解决了传统制造中的固相问题，还提升了磁性性能。研究者们聚焦于AM技术如何精细操控SMM的微观结构和磁性参数，如磁导率（μr）、矫顽力（Hc）、剩磁（Mr）、磁化率（r）和磁滞系数（k），以适应电机设计的多样化需求。SMM可分为软磁、硬磁和超顺磁...
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