發布時間：2025年12月24日 10:24:00
碳化鎢基金屬陶瓷復合材料以其高硬度、優異的耐磨性、良好的高溫穩定性以及高的剛性，在切削工具、耐磨部件、礦山鉆頭及航空航天等領域具有廣泛應用前景。傳統的碳化鎢基復合材料通常采用粉末冶金技術制備，在制備復雜結構零件時模具費用較為高昂且難以實現近凈成形，這一局限性限制了其在定制化、功能集成化高端部件中的應用。粉末床熔融增材制造技術為制造復雜結構金屬陶瓷復合材料構件提供了可能，然而已報道的激光粉末床熔融技術（L-PBF）因為較高的冷卻速率和較大的溫度梯度，使得碳化鎢基金屬陶瓷復合材料存在裂紋、孔隙等缺陷，引發材料性能的惡化。相對于L-PBF技術，電子束粉末床熔融技術（EB-PBF）具有高的能量密度、高的能量利用率以及真空環境成形高潔凈度的優勢，基于較高的粉末床預熱溫度，該技術可有效避免碳化鎢基金屬陶瓷復合材料成形過程中裂紋、孔隙等缺陷，為高性能復雜結構陶瓷-金屬復合材料的制備提供了新的解決方案。
近日，西安賽隆公司與中南大學劉詠教授團隊合作，采用電子束粉末床熔融（PBF-EB）技術，首次成功制備出高致密度60WC/NiCu復合材料，并系統研究了熔池凝固行為、致密化行為以及WC顆粒的熱損傷機制。研究表明，在24 J/mm3-72 J/mm3最優工藝窗口內，通過優化能量輸入，可以實現WC顆粒的熱損傷最小化與致密度的最大化，同時避免了WC顆粒在熱循環中的過度溶解及分解。當WC顆粒處于適度熱損傷狀態時，復合材料的致密化程度提升且界面結合強度增強，使得復合材料的橫向斷裂強度高達680.4 MPa，沖擊韌性為0.82 J/cm2。該研究成果以“Effect of energy density on the morphology of WC particles in WC/NiCu composite by electron beam powder bed fusion”為題，發表于《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》期刊，為陶瓷/金屬復合材料的增材制造提供新的理論指導和使用參考。
西安賽隆為此次研究提供了設備支持，WC/NiCu復合材料打印過程采用公司自主知識產權的Y150型電子束粉末床熔融設備。設備電子槍功率3kW，極限真空度5×10-3 Pa, 粉床預熱溫度≥1000℃，支持鈦及鈦合金、難熔金屬及合金、鎳基高溫合金、鋯及鋯合金、金屬陶瓷復合材料的快速成形。為了便于高校、科研院所以較低成本開展研發工作，設備在原有170×170×180 mm3成形區域的基礎上，可選配80×80×80 mm3小倉，大幅降低初次裝粉量，便于開展小批量、多材料體系的研發。目前設備已銷往包括清華大學、西安交通大學、西北工業大學、中科院金屬所、華中科技大學、中南大學等近30家高校及科研院所，為上述單位提供從原料、設備、工藝的科研一站式服務，助力近百種新材料的開發及驗證，以技術賦能更多科研成果創新。
