发布时间：2025年12月24日 10:24:00
碳化钨基金属陶瓷复合材料以其高硬度、优异的耐磨性、良好的高温稳定性以及高的刚性，在切削工具、耐磨部件、矿山钻头及航空航天等领域具有广泛应用前景。传统的碳化钨基复合材料通常采用粉末冶金技术制备，在制备复杂结构零件时模具费用较为高昂且难以实现近净成形，这一局限性限制了其在定制化、功能集成化高端部件中的应用。粉末床熔融增材制造技术为制造复杂结构金属陶瓷复合材料构件提供了可能，然而已报道的激光粉末床熔融技术（L-PBF）因为较高的冷却速率和较大的温度梯度，使得碳化钨基金属陶瓷复合材料存在裂纹、孔隙等缺陷，引发材料性能的恶化。相对于L-PBF技术，电子束粉末床熔融技术（EB-PBF）具有高的能量密度、高的能量利用率以及真空环境成形高洁净度的优势，基于较高的粉末床预热温度，该技术可有效避免碳化钨基金属陶瓷复合材料成形过程中裂纹、孔隙等缺陷，为高性能复杂结构陶瓷-金属复合材料的制备提供了新的解决方案。
近日，西安赛隆公司与中南大学刘咏教授团队合作，采用电子束粉末床熔融（PBF-EB）技术，首次成功制备出高致密度60WC/NiCu复合材料，并系统研究了熔池凝固行为、致密化行为以及WC颗粒的热损伤机制。研究表明，在24 J/mm3-72 J/mm3最优工艺窗口内，通过优化能量输入，可以实现WC颗粒的热损伤最小化与致密度的最大化，同时避免了WC颗粒在热循环中的过度溶解及分解。当WC颗粒处于适度热损伤状态时，复合材料的致密化程度提升且界面结合强度增强，使得复合材料的横向断裂强度高达680.4 MPa，冲击韧性为0.82 J/cm²。该研究成果以“Effect of energy density on the morphology of WC particles in WC/NiCu composite by electron beam powder bed fusion”为题，发表于《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》期刊，为陶瓷/金属复合材料的增材制造提供新的理论指导和使用参考。
西安赛隆为此次研究提供了设备支持，WC/NiCu复合材料打印过程采用公司自主知识产权的Y150型电子束粉末床熔融设备。设备电子枪功率3kW，极限真空度5×10-3 Pa, 粉床预热温度≥1000℃，支持钛及钛合金、难熔金属及合金、镍基高温合金、锆及锆合金、金属陶瓷复合材料的快速成形。为了便于高校、科研院所以较低成本开展研发工作，设备在原有170×170×180 mm3成形区域的基础上，可选配80×80×80 mm3小仓，大幅降低初次装粉量，便于开展小批量、多材料体系的研发。目前设备已销往包括清华大学、西安交通大学、西北工业大学、中科院金属所、华中科技大学、中南大学等近30家高校及科研院所，为上述单位提供从原料、设备、工艺的科研一站式服务，助力近百种新材料的开发及验证，以技术赋能更多科研成果创新。
