WC-Co硬质合金兼具高硬度、高耐磨性、高抗压强度与良好红硬性，被誉为“工业牙齿”，是切削刀具、精密模具、矿山工具、石油钻探的核心材料。全球市场规模预计2025年达148亿美元，2032年将增至235亿美元，年复合增长率5.6%。

但硬质合金存在典型的制造两难困局：传统粉末冶金(PM)依赖模具，复杂结构、内流道、异形件难以成形；以激光为代表的粉末床熔融(PBF)直接打印，因极高温度梯度与快速冷却，极易产生开裂、气孔、残余应力，并诱发脆性η相，导致构件强度与韧性大幅下降。

在此背景下，升华三维粉末挤出打印技术（PEP）以“低温成型+高温烧结”路线，将3D打印自由成形与粉末冶金低温致密优势深度融合，从根源上规避热缺陷，实现高性能、无裂纹、超细晶粒硬质合金稳定制备，成为硬质合金增材制造的颠覆性解决方案。

一、PEP：破解硬质合金增材制造痛点的新范式

PBF技术依靠高能激光瞬间熔结WC-Co粉末，高温下钴与碳发生剧烈反应，易生成脆性η相，同时热应力导致开裂率高、致密度低、性能离散大，难以工业化应用。

PEP技术采用低温成形+高温烧结的间接路线，实现“成型与致密分离”：将WC-Co粉末与专用粘结剂混炼造粒；在低于200℃条件下螺杆挤出成形，无热应力、无开裂；经温和脱脂保留坯体完整性；高温烧结实现冶金结合与晶粒精准调控。该路线完全避免激光高温冲击，从根源上消除裂纹、抑制η相产生、控制晶粒均匀生长。

最新科研数据验证了PEP的突出优势：采用PEP制备超细晶粒WC‑0.5Cr₃C₂‑0.2CeO₂‑9Co硬质合金，相对密度高达99.52%，WC晶粒尺寸仅384.6 nm，硬度2123 HV30，抗弯强度3639 MPa，断裂韧性13.13 MPa・m½，综合性能显著优于传统增材制造与常规粉末冶金产品。

二、核心技术亮点与高端应用场景

PEP不仅能制备高性能均质硬质合金，更能实现传统工艺无法达成的梯度结构、复杂内流道、微型精密构件，打开高端应用新空间。

1.梯度硬质合金制备（双层/多层梯度结构）

依托独立双喷嘴PEP设备，可打印外层贫碳的双层生坯，经预烧结与渗碳处理，制备表面硬、芯部韧的梯度硬质合金。该结构大幅提升抗冲击性与抗疲劳性，是PDC金刚石复合片衬底的理想材料，可显著提升石油钻头寿命与钻探效率。

▲中南大学粉末冶金国家重点实验室与株洲金韦硬质合金有限公司合作，采用升华三维粉末挤出3D打印（PEP）技术制备无η相高韧性渗碳梯度硬质合金(FGCCs)，为高性能PDC基底双材料增材制造提供解决思路。

2.复杂几何切削刀具

可直接一体成形带内冷通道的铣刀、深孔钻头、异形刀片，解决传统工艺无法加工内流道的瓶颈。内冷结构使刀具散热效率提升，切削速度提高、寿命延长，适配高端数控加工与高速切削场景。

3.超细晶粒微型精密工具

PEP可稳定实现超细晶粒、高精度、小尺寸硬质合金微件制备，满足3C电子、医疗器械、半导体模具等领域的微型精密加工需求，填补行业空白。

三、性能提升的三重协同机制

PEP通过材料配方与烧结工艺精准调控，实现硬质合金性能跃升：

致密化增强：高固相喂料+优化烧结曲线，致密度接近理论值，气孔缺陷近乎消除；

细晶强化：抑制WC晶粒异常长大，保持纳米/超细晶尺度，显著提升硬度与强度；

残留α‑Co韧化：改善碳与钴在α‑Co中的溶解度，提升室温韧性，降低崩角风险。

中南大学熊翔教授在APMA2025会议发表专题报告《WC‑Co硬质合金与钨合金的挤出增材制造研究》，明确指出：PEP是实现硬质合金复杂成形与高性能化的最优路线之一。

四、未来前景：PEP驱动硬质合金制造范式升级

全球硬质合金行业正朝着高硬度、高韧性、复杂结构、低钴含量、近净成形方向发展。PEP技术无需模具、无热缺陷、材料利用率超95%，可大幅降低研发与制造成本，缩短交付周期。

随着双喷头打印、梯度材料、超细晶粒体系持续成熟，PEP将成为硬质合金从“减材制造”迈向“增材制造”的核心驱动力。WC‑Co硬质合金的增材制造，不在于“能打印”，而在于“无缺陷、高性能、可量产”。升华三维PEP技术以低温挤出、无应力成形、精准烧结的独特优势，彻底破解脆硬材料开裂、η相、晶粒粗大等行业难题，重塑硬质合金制造范式，为高端硬质合金构件提供真正可工业化落地的解决方案。