Lpbf 실리콘 강철(Fe-Si)의 1200°C 어닐링: 연자성 성능 향상

레이저 분말 베드 융합(LPBF) 실리콘 강철에 1200°C 어닐링을 수행하는 주된 목적은 자기 특성을 최적화하기 위해 상당한 결정립 성장을 유도하는 것입니다.

프린팅 공정은 일반적으로 미세한 미세 구조를 생성하지만, 이 고온 처리는 결정립을 조대화하여 약 65마이크론에서 195마이크론으로 확장합니다. 이러한 구조적 변화는 연자성 응용 분야에서 전력 손실을 줄이는 중요한 요소입니다.

핵심 요점

실리콘 강철(Fe-Si) 응용 분야에서 "조대한" 것이 종종 더 좋습니다. 1200°C에서 재료를 열처리함으로써 의도적으로 결정립 크기를 증가시켜 자기 전력 손실을 최소화하고 열 전도율을 크게 변경하지 않으면서 전자기 성능에 최적화된 재료를 만듭니다.

미세 구조를 통한 자기 성능 최적화

결정립 성장 메커니즘

LPBF 공정에 내재된 빠른 응고는 처음에 상대적으로 작은 결정립을 가진 재료를 만듭니다. 부품을 1200°C로 처리하면 경계가 이동하고 결정립이 병합하는 데 필요한 열 에너지가 제공됩니다.

미세 구조 조대화라고 알려진 이 공정은 Fe-3.7%wt. Si 재료의 평균 결정립 크기를 효과적으로 세 배로 늘립니다. 초기 평균 65마이크론에서 약 195마이크론으로 미세 구조가 진화할 것으로 예상할 수 있습니다.

전력 손실 감소

이 공격적인 열처리의 추진력은 자기 응용 분야에서의 에너지 효율성입니다. 더 큰 결정립은 자기 도메인 벽 이동을 방해하는 결정립계의 부피를 줄입니다.

이러한 성장을 촉진함으로써 히스테리시스 손실과 부품의 전반적인 전력 손실을 낮춥니다. 이러한 최적화는 모터 또는 변압기의 "연자성" 코어로 사용되는 부품에 필수적입니다.

처리 시 물리적 영향

열 전도율에 미치는 영향

자기적 목표와 열적 목표를 구별하는 것이 중요합니다. 1200°C 어닐링 공정은 재료의 자기적 특성을 크게 변화시키지만, 열적 특성에 미치는 영향은 미미합니다.

주요 참고 자료에 따르면 이 미세 구조 조대화는 열 전도율에 거의 영향을 미치지 않습니다. 열 방출 개선이 목표라면 이 특정 어닐링 주기는 해당 이점을 제공하지 않습니다.

"인쇄된 상태" 처리

1200°C 주기의 초점은 결정립 성장이지만, 열처리는 재료를 정상화하는 데 부차적인 역할을 합니다. LPBF는 빠른 냉각 속도로 인해 상당한 잔류 응력을 발생시킵니다.

다른 반응성 합금에서 취성을 방지하기 위해 응력 완화에 550°C와 같은 낮은 온도가 충분한 경우가 많지만, 1200°C까지의 고온 노출은 자기 성능에 필요한 결정립 성장을 동시에 유도하면서 이러한 잔류 응력을 본질적으로 해결합니다.

절충점 이해

응용 분야의 특수성

이 공정은 전자기 성능을 위해 고도로 전문화되어 있습니다.

많은 구조 공학 맥락에서 일반적으로 항복 강도를 증가시키기 때문에 더 작은 결정립이 선호됩니다(홀-페치 관계). 의도적으로 결정립을 195마이크론으로 성장시킴으로써 최대 기계적 항복 강도보다 자기 투자율과 낮은 전력 손실을 우선시하는 것입니다.

공정 제어

이 상태를 달성하려면 정확한 온도 제어가 필요합니다. 1200°C로의 점프는 상당합니다. 온도가 충분하지 않거나 시간이 부족하면 결정립 성장이 불완전하여 예측보다 높은 자기 손실을 가진 재료가 남게 됩니다.

목표에 맞는 올바른 선택

이 열처리 일정을 선택하기 전에 주요 성능 지표를 확인하십시오.

연자성 효율이 주요 초점이라면: 1200°C 어닐링 주기를 사용하여 결정립 크기를 최대화하고 전력 손실을 최소화하십시오.
열 전도율이 주요 초점이라면: 이 열처리에 의존하여 열 성능을 개선하지 마십시오. 효과가 미미하기 때문입니다.

이 어닐링 전략은 인쇄된 부품을 고성능 자기 부품으로 효과적으로 전환합니다.

요약 표:

특징	인쇄된 상태(LPBF)	1200°C 어닐링 후	성능에 미치는 영향
평균 결정립 크기	~65 마이크론	~195 마이크론	전력 손실의 상당한 감소
자기 특성	높은 히스테리시스 손실	최적화된 연자성 상태	개선된 투자율 및 효율성
잔류 응력	높음(빠른 냉각으로 인해)	해소됨/정상화됨	향상된 구조적 안정성
열 전도율	Fe-Si 표준	거의 변화 없음	결정립 성장에 영향을 받지 않음
기계적 항복	높음(미세 결정립)	감소(홀-페치 효과)	기계적 강도보다 자기적 특성 우선