中南大年夜学顶刊高被引论文：硬质合金增材制造工艺、显微组织机能

引用本文：Cai Chen, Boyun Huang, Zuming Liu, Yongxia Li, Dan Zou, Tao Liu, Yiming Chang, Lei Chen, Additive manufacturing of WC-Co cemented carbides: Process, microstructure, and mechanical properties. Additive Manufacturing

63(2023)103410; https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103410

择要：硬质合金广泛运用于航空航天、资源开采、装备制造、轨道交通和电子信息等家当，被誉为“工业的牙齿”。
增材制造技能（AM）为制备硬质合金形状繁芜零件供应了一条新路子。
论文综述了WC-Co硬质合金增材制造技能的研究进展，系统先容了包括选区激光烧结、选区激光熔化和选区电子束熔化等基于热成形的粉末床熔融（Powder Bed Fusion，PBF）增材制造技能，以及包括黏结剂喷射增材制造-脱脂烧结、熔融沉积成形-脱脂烧结和3D凝胶打印-脱脂烧结等基于生坯冷成形和脱脂烧结工艺的生坯成形脱脂烧结（Forming–debinding–sintering，FDS）增材制造技能，也称为生坯增材制造-脱脂烧结（Green additive manufacturing–debinding–sintering，GAM-DS）等两种技能路线，剖析了两种增材制造技能路线制备WC-Co硬质合金的致密化机理、冶金毛病、微不雅观构造演化和力学性能的关键影响成分，对WC-Co硬质合金增材制造技能面临的紧张寻衅及下一步的发展重点进行了展望。
论文总结指出PBF增材制造WC-Co硬质合金须要办理开裂、孔隙、有害相，以及相对密度较低等关键问题；FDS技能充分结合了增材制造和粉末冶金工艺的上风，在办理PBF增材制造技能难以肃清的开裂、孔隙和有害相等方面具有独特的上风，可制备高相对密度、显微组织均匀的高性能WC-Co硬质合金，是具有较大潜力的硬质合金繁芜形状零件制备技能。

关键词：WC-Co cemented carbide; Additive manufacturing; Powder bed fusion; Forming–debinding–sintering; Microstructure and mechanical properties

图片精选：

图1 增材制造WC-Co硬质合金零件

图2 PBF技能制备的WC-Co硬质合金的显微组织：（a），（b），（c），（d）SLM工艺；（e），（f）SEBM工艺。

图3 FDS技能制备的WC-Co硬质合金的显微组织：（a），（b），（c）黏结剂喷射增材制造-脱脂烧结工艺；（d）挤出增材制造-脱脂烧结工艺；（e）凝胶3D打印-脱脂烧结工艺。

结论与展望：

增材制造在制备高性能WC-Co硬质合金繁芜构造零件方面具有广阔的发展前景，大大拓展了硬质合金的运用领域。
目前，PBF技能已实现了相对密度达98.8%的WC-Co硬质合金零件的直接制备。
但是，孔隙、开裂征象和掌握脆性相是PBF技能须要办理的关键问题。
FDS（GAM-DS）将生坯3D打印技能与粉末冶金脱脂烧结技能相结合，可以利用与粉末冶金工艺类似质料粉末制备喂料，制备近全致密、无裂纹的WC-Co硬质合金零件，但存在喂料制备体系繁芜，工艺流程较长，易产生脱脂碳残留形成游离C相等寻衅。
综合办理上述问题，须要进一步研究PBF技能加工硬质合金的熔体凝固机理和残余应力形成及变形机理，通过身分设计、工艺改进、策略优化等方法肃清打印件中的孔隙、裂纹、脆性相等毛病；持续开展硬质合金FDS（GAM-DS）技能的质料(粘结剂)体系，生坯打印、脱脂和烧结工艺等全工艺链研究，以推动该技能成为制备相对密度高，显微组织和力学性能与粉末冶金相似，形状繁芜硬质合金的高效技能路子。

作者简介：

黄伯云：中南大学教授，中国工程院院士，发展中国家科学院院士，“十五”国家863操持新材料领域专家委员会主任，中国材料研究学会名誉理事长。
紧张从事前辈材料研究，为国家大飞机工程和航空航天装备供应了多种高性能关键材料，培养了一批包括长江学者、精彩青年和上市公司董事长在内的创新领军人才；领导创建了轻质高强材料国防科技重点实验室、粉末冶金国家工程研究中央、国家炭/炭复合股料工程技能研究中央和有色金属前辈构造材料与制造协同创新中央（2011操持）等创新平台；得到国家技能发明一等奖等国家科技成果奖4项，国家传授教化成果奖二等奖2项。

刘祖铭：中南大学教授，博士生导师，粉末冶金国家工程研究中央副主任，粉末冶金构造材料研究所所长。
紧张从事粉末冶金构造材料、轻质高强构造材料和飞机构造与材料损伤及掌握技能等方面的研究，在Applied Physics Letters和中国有色金属学报等国内外著名刊物揭橥论文、撰写型号技能文件100多篇/份，出版专著5部，起草航空工业标准1项，申请/授权国家发明专利70多项、PCT/美国发明专利13项，获省部级科技成果奖4项。

陈才：中南大学粉末冶金国家重点实验室博士生，稀土功能材料湖南省重点实验室副主任，紧张从事基于增材制造(3D打印)的高性能硬质合金及金属陶瓷的设计、制备技能研究。

李詠侠：博士，中南大学和湖南博云东方粉末冶金有限公司高等工程师，中国模具工业协会模具材料专家委员会副主任委员，全国超硬材料专家技能委员会委员，紧张从事高性能硬质合金制备技能开拓研究，得到省部级一等奖等科技成果奖5项。

邹丹：湖南博云东方粉末冶金有限公司高等工程师，紧张从事高性能硬质合金制备技能研究，得到省部级一等奖等科技成果奖2项。

常逸鸣：湖南博云东方粉末冶金有限公司高等工程师，紧张从事高性能硬质合金研究。

刘涛：中南大学粉末冶金国家重点实验室博士生，紧张从事粉末冶金构造材料设计及制备技能研究。

陈雷：中南大学粉末冶金国家重点实验室硕士生，紧张从事粉末冶金构造材料设计及技能开拓研究。

来自微信"大众年夜众号“材料科学与工程”。
感谢论文作者团队供稿支持。