北工大*新《Composites Part B》：微米級鈷團聚體助力WC-Co硬質(zhì)合金的無缺陷LPBF成形！

激光粉末床熔融（LPBF）作為增材制造領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，已成功應(yīng)用于多種金屬材料體系的成形，包括鋁合金、鎳基高溫合金、鈦合金及難熔金屬等。該技術(shù)通過高能激光束選擇性熔化金屬粉末層，實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件（如薄壁構(gòu)件、點陣結(jié)構(gòu)和內(nèi)置冷卻流道部件）的成形。近年來，LPBF技術(shù)在陶瓷增強金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域展現(xiàn)出重要潛力，其中碳化鎢-鈷（WC-Co）硬質(zhì)合金因其在直接成形工藝中的可行性驗證而備受關(guān)注。

在LPBF成形過程中，熔池經(jīng)歷極端非平衡凝固（冷卻速率達10^7K/s量級），容易導(dǎo)致球化效應(yīng)、孔隙及裂紋等缺陷。對于WC-Co體系，金屬粘結(jié)相（Co）與陶瓷相（WC）間顯著的熔點差異和熱膨脹失配加劇了成形難度：激光輻照引發(fā)微量鈷蒸發(fā)造成成分偏移，快速冷卻導(dǎo)致界面殘余應(yīng)力累積，同時WC的高溫分解易形成脆性缺碳相（如η相和W2C）。這些因素共同制約了高性能WC-Co構(gòu)件直接成形的實現(xiàn)。

原料粉末特性對LPBF成形質(zhì)量具有決定性影響。目前主流采用噴霧造粒法制備WC-Co復(fù)合粉末，通過機械混合-噴霧干燥-熱處理工藝將納米/亞微米級原始粉末團聚為10-50μm的球形顆粒。盡管此類粉末可實現(xiàn)兩相均勻分布，但在低鈷含量條件下成形的硬質(zhì)合金仍普遍存在裂紋與孔隙缺陷，后續(xù)熱處理成為改善顯微缺陷和力學(xué)性能的必要環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)均勻分布的鈷相在快速凝固過程中難以有效緩解熱應(yīng)力，且過薄的熔融鈷層限制了孔隙填充能力�；�于此，調(diào)控鈷相在粉末中的分布形態(tài)（由均勻分散轉(zhuǎn)為團簇狀分布）被證明是優(yōu)化成形質(zhì)量的關(guān)鍵策略。

北京工業(yè)大學(xué)團隊創(chuàng)新性地采用微米級鈷團聚體替代傳統(tǒng)均勻分布的鈷相，系統(tǒng)探究鈷分布模式對LPBF成形WC-Co硬質(zhì)合金的影響機制。通過工藝優(yōu)化成功制備出無顯微缺陷的構(gòu)件，并揭示其特殊顯微組織的形成機理與強韌化機制。文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112312

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