软磁合金材料在电力、电子等领域具有不可或缺的作用，其中，软磁非晶合金由于其独特的原子排布结构特征具有一系列优异的软磁性能，比如：高磁导率、高电阻率、低矫顽力和低损耗等优点。然而，由于铁基非晶合金具有硬度高、脆性大的特点，使得传统加工方式难以对其进行加工成形。如何实现软磁非晶合金的高效无损加工是其广泛应用的关键问题。

近日，华中科技大学材料学院柳林教授研究团队利用紫外皮秒脉冲激光（PS-UV）切割软磁非晶条带并进行叠片制备出非晶定子样件，实现了低损耗非晶定子的快速无损加工。相关工作以题为“Laser punching of soft magnetic Fe-based amorphous ribbons”的研究论文发表于Scripta Materialia期刊。论文第一作者为张鹏程博士，通讯作者为柳林教授和张诚教授，通讯单位为华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室。

作者以1K101非晶条带为对象，分别采用紫外皮秒脉冲激光（“冷”激光）和红外连续激光（“热”激光）对其进行切割加工。研究发现，紫外皮秒脉冲激光切割边缘热影响范围很小，相应的热损伤和残余应力极低，因此不会带来晶化和变形等缺陷，而红外连续激光在切割过程中会形成很大的热影响区，在热影响区中会有大量晶化相形成，同时也会导致严重的变形及开裂。这种差异来源于两种激光切割非晶带材时的机理不同，其中紫外皮秒脉冲激光相较于红外连续激光能量密度极高，足以剥离外层电子，这一特点避免了激光线性吸收、能量转移和扩散等影响，由于脉冲激光与非晶带材相互作用的时间很短，被剥离电子后的离子在将能量传递到周围材料之前就被剥蚀，从而不会对周围材料造成热影响。而红外连续激光是靠熔化材料从而切断条带的，熔体在升温和冷却过程中会引发周围材料升温并发生晶化。

   图1 紫外皮秒脉冲激光与红外连续激光冲裁非晶条带的机理图、切割边缘微观结构以及最终制得的非晶定子铁芯样件。

为了进一步研究不同激光切割对软磁性能的影响，分别采用两种激光切割得到的非晶薄片叠压浸漆制得定子铁芯，并与线切割得到的铁芯进行了对比。其中紫外皮秒脉冲激光加工效率高，而且制得的定子铁芯质量最优。随后对这三种加工方式制得的非晶定子铁芯分别进行铁损测试，在50 Hz和1000 Hz两种频率条件下，紫外皮秒脉冲激光切割带材的损耗都小于另外两种加工方式所制得的铁芯，而且与原始态的软磁非晶条带相比，其损耗基本没有改变，说明紫外皮秒脉冲激光切割非晶带材具有很大的优势。

图2 a) 紫外皮秒脉冲激光冲裁制得的不同形状的非晶转子和定子图形；b) 不同加工方法的加工效率图；c, d) 不同加工方法制得非晶定子在50 Hz和1000 Hz频率条件下的损耗。

本研究创新地通过紫外皮秒脉冲激光高效无损冲裁软磁非晶条带，并通过叠片制得低损耗的非晶定子铁芯，这为未来软磁非晶合金的加工及应用提供了一种新的手段。文献链接：Laser punching of soft magnetic Fe-based amorphous ribbons, Scripta Materialia, https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2023.115839.