随着电机的转速和效率的不断提升，电机内部的热效应也日渐显著。为了防止电机过热，电机定子和转子中需要设计一系列结构复杂的散热系统。冲裁叠片等传统加工方法难以制造出这种复杂形状的部件，而基于粉末等原材料的激光3D打印技术则可以成形任意复杂形状的零件。然而，激光3D打印制备的传统软磁合金面临着矫顽力大，电阻率低以及成形性差等问题。开发新的适用于增材制造的软磁合金体系是目前的关键问题。近日，华中科技大学材料学院柳林、张诚教授研究团队提出了软磁多组元合金的设计原则，并开发了一系列合金体系，最终确定了一种具有优异软磁性能并适用于激光3D打印的合金体系。相关工作以题为“Enhancing soft-magnetic performance of Fe₅₀Ni₂₆Co₂₀Cr₄ medium-entropy alloys through microstructure engineering in laser powder bed fusion”的研究论文发表于Scripta Materialia期刊。论文第一作者为张鹏程博士后，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。

软磁多组元合金因其高熵效应带来的相稳定性以及广阔的成分调控空间，是一种可以同时兼顾软磁性能和成形性的材料体系。在这样的背景下，作者设计了一系列多组元合金体系，包括FeNiCr，FeNiCrAl，FeNiCoCr，FeNiCoCrAl，FeNiCoSiAl和FeNiCoCrSiAl等体系，并对其相结构和磁学性能进行了表征。在综合考虑磁学性能和成形性后，选择具有FCC相结构的最优体系Fe₅₀Ni₂₆Co₂₀Cr₄（饱和磁感应强度为150 emu/g，矫顽力低于100 A/m，电阻率为71.2 μΩ cm）进行激光3D打印，并对不同能量密度下制备样品的相结构和磁学性能进行表征。研究发现，随着能量密度提高（即冷却速率降低），打印样品由FCC/BCC双相结构逐渐转变为FCC单相，饱和磁感应强度保持在150 emu/g左右，矫顽力由800 A/m逐渐降低至300 A/m。为了进一步优化磁学性能，对高能量密度样品（矫顽力为377 A/m）进行高温退火。在1350℃下退火8小时后，矫顽力进一步降低至124.9 A/m。退火前样品展现出典型的熔池状结构，在熔池内部分布有沿构建方向的柱状晶。退火后样品发生再结晶和晶粒长大，柱状晶转变为等轴晶。得益于退火导致的再结晶和晶粒长大，激光3D打印样品的磁学性能得到进一步优化，优于目前文献中报道的绝大部分激光3D打印制备的软磁多组元合金。该样品的电阻率为70 μΩ cm，优于大部分FCC结构的软磁合金体系。而且该体系具备优秀的激光3D打印成形性，可以制备复杂形状的电机定子和转子零件。

                                                   图1 经工艺优化和高温退火后激光3D打印Fe₅₀Ni₂₆Co₂₀Cr₄的相组成结构与磁学性能对比