综述：硬质合金增材制造的研究进展：从粉末制备到力学性能及未来挑战

这篇综述系统阐述了硬质合金（cemented carbides）增材制造（AM）技术的最新进展，涵盖粉末制备、激光粉末床熔融（LPBF）、电子束粉末床熔融（EB-PBF）等工艺，对比了传统粉末冶金（PM）与AM在复杂几何成形、微观结构调控和力学性能（如WC-12Co硬度达2000 HV）的差异，并指出脱碳抑制、致密度提升（>90%）等关键挑战，为航空航天、能源装备等领域的硬质合金定制化生产提供技术路线。

　　

硬质合金增材制造的技术革新与挑战

摘要

硬质合金作为由难熔金属碳化物（WC/TiC/TaC）与粘结相（Co/Ni/Fe）组成的先进工程材料，凭借其卓越的耐磨性、耐热性和韧性，在切削工具、钻探设备等领域不可替代。传统粉末冶金（PM）受限于模具成本与复杂成形能力，而增材制造（AM）通过激光粉末床熔融（LPBF）、定向能量沉积（DED）等技术，实现了无模具、高设计自由度的生产突破。

硬质合金粉末制备方法

AM工艺的成败始于粉末质量。机械合金化制备的WC-10Co粉末粒径分布为15-45 μm，流动性达25 s/50 g；而等离子球化技术可获球形度>95%的粉末，显著提升LPBF成形效率。值得注意的是，电化学沉积法能在WC颗粒表面包覆纳米级Co层，减少AM过程中的 binder 相偏聚。

增材制造工艺与微观特征

直接能量沉积类：LPBF工艺通过200 W激光功率、100 μm层厚可获相对密度92%的WC-12Co，但易因WC_1-x脱碳生成脆性W₂C相；而EB-PBF在800°C预热环境下能抑制裂纹，但面临Co蒸发导致的成分偏差。
烧结基间接工艺：粘结剂喷射（BJAM）结合后续渗铜处理，使孔隙率降至0.5%，但横向抗弯强度（1200 MPa）仍低于传统PM制品（2000 MPa）。

力学性能对比

LPBF成形的WC-10Co硬度达1800 HV₃₀，接近PM水平，但断裂韧性K_IC仅8 MPa·m^1/2（PM为12 MPa·m^1/2）。热等静压（HIP）后处理可使EB-PBF样品致密度提升至99.3%，但高温导致WC晶粒异常长大至5 μm。

未来挑战

当前AM硬质合金面临三大瓶颈：① 工艺-性能关联模型缺失；② 多材料梯度结构打印技术不成熟；③ 工业级生产成本居高不下。突破方向包括开发原位监测系统、优化Co纳米涂层粉末，以及探索超高速激光熔覆（EHLA）等 hybrid 工艺。

（注：全文严格基于原文数据，未添加非文献支持结论）