結(jié)構(gòu)-功能一體化是提升金剛石超硬工具加工性能的關鍵發(fā)展方向。增材制造技術(shù)突破了傳統(tǒng)粉末冶金的構(gòu)型限制，為復雜形狀金剛石復合材料制品的精密成形提供了新途徑。然而，金剛石與金屬粘結(jié)劑之間顯著的熱物性差異（尤其是熱膨脹系數(shù)），以及高體積含量金剛石的固有脆性，給增材制造帶來了巨大挑戰(zhàn)。該工藝固有的高冷卻速率和溫度梯度會誘發(fā)巨大殘余應力，導致復合材料產(chǎn)生裂紋等缺陷?，F(xiàn)有緩解策略（如優(yōu)化激光工藝、引入第二相增韌或構(gòu)建梯度熱膨脹系數(shù)過渡層等）受限于熱應變補償?shù)墓逃芯窒扌?，難以完全消除界面微裂紋。

針對這一難題，中南大學張偉教授課題組創(chuàng)新性地提出在金剛石顆粒表面預置W-Co復合鍍覆層。該策略通過相變誘導膨脹、變形亞結(jié)構(gòu)形成和晶粒細化的協(xié)同作用，有效緩解了界面殘余應力，顯著提升了激光增材制造金剛石復合材料的綜合力學性能。相關研究成果以“Phase transformation induced expansion for residual stress relief in laser additive manufacturing metal matrix diamond composites”為題，發(fā)表于增材制造領域頂級期刊 Additive Manufacturing。

近年來，增材制造（AM）技術(shù)已成為金屬基復合材料（MMCs）加工的重要變革性手段。其中，激光粉末床熔融（LPBF）憑借其極高的加熱/冷卻速率（10?–10? K/s）和近凈成形能力，在制備幾何復雜的金剛石增強復合材料部件方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。然而，該技術(shù)面臨一個關鍵瓶頸：LPBF過程中的快速熱循環(huán)，疊加金剛石增強相與金屬粘結(jié)劑之間超一個數(shù)量級的熱膨脹系數(shù)（CTE）失配，導致界面產(chǎn)生巨大殘余應力，嚴重破壞復合材料的界面完整性。這些殘余應力不僅極易誘發(fā)微裂紋，降低力學性能，更可能引發(fā)服役過程中的早期失效，成為制約高性能金剛石復合材料發(fā)展的核心挑戰(zhàn)。

盡管現(xiàn)有研究嘗試通過優(yōu)化工藝參數(shù)、引入韌性第二相或構(gòu)建梯度CTE過渡層等策略緩解應力，但這些方法均受限于熱應變補償?shù)墓逃芯窒扌?/strong>——其被動調(diào)節(jié)機制難以完全消除界面微裂紋。梯度過渡層雖可部分緩沖應力，但緩解程度有限；而軟質(zhì)相的引入往往以犧牲材料硬度和耐磨性為代價。本質(zhì)上，傳統(tǒng)方法未能解決由非平衡凝固與CTE失配共同導致的應力生成根源。

因此，開發(fā)一種主動調(diào)控殘余應力的新機制，突破現(xiàn)有技術(shù)對熱應變補償?shù)囊蕾?，成為推動LPBF制備金剛石復合材料走向工程應用的理論與技術(shù)關鍵。這要求從根本上創(chuàng)新界面設計策略，實現(xiàn)對界面殘余應力的主動抵消而非被動緩解。

創(chuàng)新點：

1. 相變誘導膨脹的主動應力調(diào)控機制。首次提出基于HCP→FCC相變驅(qū)動體積膨脹（2.89%）的主動應力補償策略。通過在金剛石表面構(gòu)建W/Co雙層功能涂層，利用鈷層在 LPBF 熱循環(huán)中的固態(tài)相變產(chǎn)生可控膨脹，直接抵消因CTE失配導致的熱收縮殘余應力，從根源上突破傳統(tǒng)熱應變補償?shù)谋粍泳窒蕖?/p>

2. 多級界面協(xié)同強韌化效應。化學鍵合層：W中間層通過原位形成WC碳化物實現(xiàn)強界面結(jié)合，同步緩沖熱沖擊；相變增韌層：Co層相變誘發(fā)高密度變形孿晶與動態(tài)再結(jié)晶，協(xié)同提升界面塑性變形能力；細晶強化層：界面反應擴散形成納米級 Co?Sn?析出相，通過釘扎效應細化基體晶粒，實現(xiàn)強-韌協(xié)同提升。

3. 普適性界面設計方案。基于Co與多組元金屬的廣譜相容性（Cu, Fe, Ni 等），W-Co 涂層可適配絕大多數(shù)金屬粘結(jié)劑體系。該設計突破傳統(tǒng)涂層對特定基體的依賴性，為 MMCs 的殘余應力調(diào)控提供通用解決方案。