發(fā)布時(shí)間：2025年12月24日 10:24:00
碳化鎢基金屬陶瓷復(fù)合材料以其高硬度、優(yōu)異的耐磨性、良好的高溫穩(wěn)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(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的碳化鎢基復(fù)合材料通常采用粉末冶金技術(shù)制備，在制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件時(shí)模具費(fèi)用較為高昂且難以實(shí)現(xiàn)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(yīng)用。粉末床熔融增材制造技術(shù)為制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬陶瓷復(fù)合材料構(gòu)件提供了可能，然而已報(bào)道的激光粉末床熔融技術(shù)（L-PBF）因?yàn)檩^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(fù)合材料存在裂紋、孔隙等缺陷，引發(fā)材料性能的惡化。相對(duì)于L-PBF技術(shù)，電子束粉末床熔融技術(shù)（EB-PBF）具有高的能量密度、高的能量利用率以及真空環(huán)境成形高潔凈度的優(yōu)勢(shì)，基于較高的粉末床預(yù)熱溫度，該技術(shù)可有效避免碳化鎢基金屬陶瓷復(fù)合材料成形過程中裂紋、孔隙等缺陷，為高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷-金屬復(fù)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(xué)劉詠教授團(tuán)隊(duì)合作，采用電子束粉末床熔融（PBF-EB）技術(shù)，首次成功制備出高致密度60WC/NiCu復(fù)合材料，并系統(tǒng)研究了熔池凝固行為、致密化行為以及WC顆粒的熱損傷機(jī)制。研究表明，在24 J/mm3-72 J/mm3最優(yōu)工藝窗口內(nèi)，通過優(yōu)化能量輸入，可以實(shí)現(xiàn)WC顆粒的熱損傷最小化與致密度的最大化，同時(shí)避免了WC顆粒在熱循環(huán)中的過度溶解及分解。當(dāng)WC顆粒處于適度熱損傷狀態(tài)時(shí)，復(fù)合材料的致密化程度提升且界面結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng)，使得復(fù)合材料的橫向斷裂強(qiáng)度高達(dá)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(fā)表于《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》期刊，為陶瓷/金屬復(fù)合材料的增材制造提供新的理論指導(dǎo)和使用參考。
西安賽隆為此次研究提供了設(shè)備支持，WC/NiCu復(fù)合材料打印過程采用公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Y150型電子束粉末床熔融設(shè)備。設(shè)備電子槍功率3kW，極限真空度5×10-3 Pa, 粉床預(yù)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(fù)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(fā)工作，設(shè)備在原有170×170×180 mm3成形區(qū)域的基礎(chǔ)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(fā)。目前設(shè)備已銷往包括清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中科院金屬所、華中科技大學(xué)、中南大學(xué)等近30家高校及科研院所，為上述單位提供從原料、設(shè)備、工藝的科研一站式服務(wù)，助力近百種新材料的開發(fā)及驗(yàn)證，以技術(shù)賦能更多科研成果創(chuàng)新。
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