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(guān)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(fù)雜形狀金剛石復(fù)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(huì)誘發(fā)巨大殘余應(yīng)力，導(dǎo)致復(fù)合材料產(chǎn)生裂紋等缺陷。現(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(yīng)變補(bǔ)償?shù)墓逃芯窒扌?，難以完全消除界面微裂紋。

針對(duì)這一難題，中南大學(xué)張偉教授課題組創(chuàng)新性地提出在金剛石顆粒表面預(yù)置W-Co復(fù)合鍍覆層。該策略通過相變誘導(dǎo)膨脹、變形亞結(jié)構(gòu)形成和晶粒細(xì)化的協(xié)同作用，有效緩解了界面殘余應(yīng)力，顯著提升了激光增材制造金剛石復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。相關(guān)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(lǐng)域頂級(jí)期刊 Additive Manufacturing。

近年來，增材制造（AM）技術(shù)已成為金屬基復(fù)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(fù)雜的金剛石增強(qiáng)復(fù)合材料部件方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。然而，該技術(shù)面臨一個(gè)關(guān)鍵瓶頸：LPBF過程中的快速熱循環(huán)，疊加金剛石增強(qiáng)相與金屬粘結(jié)劑之間超一個(gè)數(shù)量級(jí)的熱膨脹系數(shù)（CTE）失配，導(dǎo)致界面產(chǎn)生巨大殘余應(yīng)力，嚴(yán)重破壞復(fù)合材料的界面完整性。這些殘余應(yīng)力不僅極易誘發(fā)微裂紋，降低力學(xué)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(fù)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(yīng)力，但這些方法均受限于熱應(yīng)變補(bǔ)償?shù)墓逃芯窒扌?/strong>——其被動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制難以完全消除界面微裂紋。梯度過渡層雖可部分緩沖應(yīng)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(jià)。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(dǎo)致的應(yīng)力生成根源。

因此，開發(fā)一種主動(dòng)調(diào)控殘余應(yīng)力的新機(jī)制，突破現(xiàn)有技術(shù)對(duì)熱應(yīng)變補(bǔ)償?shù)囊蕾?，成為推?dòng)LPBF制備金剛石復(fù)合材料走向工程應(yīng)用的理論與技術(shù)關(guān)鍵。這要求從根本上創(chuàng)新界面設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)界面殘余應(yīng)力的主動(dòng)抵消而非被動(dòng)緩解。

創(chuàng)新點(diǎn)：

1. 相變誘導(dǎo)膨脹的主動(dòng)應(yīng)力調(diào)控機(jī)制。首次提出基于HCP→FCC相變驅(qū)動(dòng)體積膨脹（2.89%）的主動(dòng)應(yīng)力補(bǔ)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(dǎo)致的熱收縮殘余應(yīng)力，從根源上突破傳統(tǒng)熱應(yīng)變補(bǔ)償?shù)谋粍?dòng)局限。

2. 多級(jí)界面協(xié)同強(qiáng)韌化效應(yīng)。化學(xué)鍵合層：W中間層通過原位形成WC碳化物實(shí)現(xiàn)強(qiáng)界面結(jié)合，同步緩沖熱沖擊；相變?cè)鲰g層：Co層相變誘發(fā)高密度變形孿晶與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，協(xié)同提升界面塑性變形能力；細(xì)晶強(qiáng)化層：界面反應(yīng)擴(kuò)散形成納米級(jí) Co?Sn?析出相，通過釘扎效應(yīng)細(xì)化基體晶粒，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)-韌協(xié)同提升。

3. 普適性界面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)涂層對(duì)特定基體的依賴性，為 MMCs 的殘余應(yīng)力調(diào)控提供通用解決方案。