科学家找到了用3D打印技术制造地球上最硬金属之一的方法

碳化钨-钴（WC-Co）硬质合金因极高的硬度和耐磨性，被广泛用于切削刀具、钻头、模具等工业工具。传统制备采用粉末冶金法：将WC和Co粉末高压压制成型后高温烧结。该工艺虽能获得高性能产品，但原料成本高（钨、钴均为稀缺贵重金属），且材料利用率低、废料多。为解决这一问题，广岛大学与三菱材料公司合作，探索基于激光的增材制造（即3D打印）新工艺，并创新引入“热丝激光辐照”技术——即在激光束作用下同步送入预热的填充金属丝。该技术可显著提高材料沉积速率和能量利用效率。研究对比了两种工艺路径：一是硬质合金棒材先行移动、激光照射其顶端；二是激光先行，在硬质合金棒底端与铁基底之间聚焦加热。两种方式均不将材料完全熔化，而是控制在“软化态”（介于固态与液态之间）完成成形，从而更好保留原始硬质相结构。研究发现，若直接按上述任一方式操作，易出现缺陷：前者导致棒材顶部WC分解、产生孔洞或裂纹；后者则难以维持足够硬度。为此，团队在硬质合金与基体间添加了一层镍基中间层，并精确调控温度——确保钴相熔化以促进结合，但温度又低于WC晶粒长大临界点，从而成功抑制分解、避免缺陷，最终获得无裂纹、硬度超过1400 HV（维氏硬度单位，反映抗压入能力）的致密硬质合金。这一硬度已达到工业最高等级，仅次于蓝宝石、金刚石等超硬材料。该成果不仅有望实现低成本、定制化硬质合金模具与刀具的直接制造，其“软化成形而非全熔成形”的思路还可拓展至其他难加工材料。后续工作将聚焦于抑制成形过程开裂、提升复杂结构成形能力，并进一步验证在实际切削工具中的应用性能。