钨合金被称为"工业牙齿"之外的另一块硬骨头——高密度、高熔点、难加工。传统上它靠液相烧结成形，复杂构件极难做。当增材制造遇上96W这种高钨含量的难熔金属，行不行、好不好？最近一篇发表在难熔金属领域权威期刊上的论文，用系统实验给出了答案，而它所用的技术路线，正是升华三维所推动的粉末挤出打印（PEP）。  

最新以《Mechanical and penetration properties of 3D-printed 96W tungsten alloy》为题发表于《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》的研究，深入探讨了采用粉末挤出打印（PEP）技术制备的96W高密度钨合金的力学性能与穿甲行为。研究通过准静态压缩、动态冲击及弹道侵彻实验，结合数值模拟，揭示了3D打印钨合金在高速冲击下优异的塑性变形能力和“自锐化”特性。结果显示，其穿甲效率高达0.906，显著优于传统烧结的91W、92W和93W钨合金，为高性能穿甲弹芯的设计提供了全新的技术路径。

研究背景

钨合金为何重要？96W钨合金由约96%钨相与Ni-Fe粘结相组成，兼具极高密度、良好强度与韧性、优异辐射屏蔽与耐蚀性，广泛用于航空航天、国防、核工业及民用工业（如穿甲弹芯、航空发动机配重、卫星陀螺转子等）。

传统工艺的瓶颈：钨合金长期依赖液相烧结：把零件整体置于高温烧结场中，因热传导滞后，内部与表层存在显著温差，易引发开裂、尺寸畸变与组织不均。而且，传统液相烧结在"高钨含量"与"强塑性兼顾"之间存在矛盾——钨含量越高，钨-钨连续性（W–W contiguity）越高，反而限制粘结相对晶粒的塑性协调，导致韧性下降。论文指出，常规液相烧结很难稳定制备出同时具备高密度与良好强塑性的96W合金。

增材制造的两条路：当前金属增材以激光粉床熔融（SLM/L-PBF）、激光熔覆（LMD）、电子束熔融（EBM）等直接成形路线为主，均依赖高能束与金属粉末作用。而粉末挤出打印（PEP）作为新兴的间接增材路线，先将金属粉末与粘结剂混炼造粒，低温（<200°C）挤出成形生坯，再经脱脂、高温烧结致密化。它的低温特性从根本上规避了热应力积累，也更适合钨这类高熔点、高反射材料的近净成形。

论文特别指出，现有增材钨合金研究多集中于L-PBF成形性，用PEP制备高钨含量合金、并系统研究其动态力学与穿透失效行为的深入工作仍然不足——这恰恰是本研究要填补的空白，也恰恰是产业界可以接力的地方。

研究内容

一、材料与工艺

• 成分配比：96 wt%钨粉+Ni–Fe金属粉（Ni:Fe=7:3）混料；

• 喂料制备：蜡基粘结剂混炼包覆，经拉丝制粒得到均匀颗粒料；

• PEP打印：挤出头在低于200°C下逐层堆积生坯，低温成形、无热应力；

• 后处理：两步脱脂（溶剂脱脂+600℃热脱脂）→1000℃预烧→氢气气氛下1490℃液相烧结（保温90min），随后降温切换氮气缓冷。

• 结果：获得高密度96W钨合金棒，平均晶粒约61μm，钨颗粒近似球形。    

二、微观结构亮点

关键指标是钨-钨连续性CW=0.451±0.03，比同钨含量的传统95W合金低约0.11。原因在于PEP通过螺杆挤出让粘结剂均匀包覆钨颗粒，烧结后形成连续、均匀的粘结剂薄膜，打断直接的W–W骨架网络。适度降低W–W连续性，反而让粘结相的塑性协调作用充分发挥，提升强塑性。

三、力学性能

• 准静态压缩（应变率10⁻³s⁻¹）：屈服强度约750MPa，弹性模量约180GPa；

• 动态压缩（SHPB，应变率10³s⁻¹）：动态屈服强度约1600MPa，约为准静态的2.2倍，呈现明显应变率敏感性；

• Johnson-Cook本构模型拟合优度R²=0.91，可合理表征该材料在高应变率下的力学响应。   

四、弹道穿透实验与数值模拟

• 采用25mm口径弹道炮，9mm直径×90mm长钨合金杆弹，平头，以约1495 m/s冲击603装甲钢厚靶；

• 以91W/92W/93W传统烧结合金作对照。穿透效率结果：91W=0.892、92W=0.861、93W=0.851，而3D打印96W=0.906，为四组中最高；穿透深度达81.53mm；

• 微观显示：3D打印96W弹体头部最大晶粒长宽比可达约30（传统仅约6.7–7），说明其塑性流动能力更强，能有效抑制头部过度蘑菇化、呈现自锐；

• 失效以穿晶解理为主、界面脱粘少，反映界面结合强度高；

• 数值模拟（JC模型+SPH方法）与实验结果高度吻合，成功重现完整穿透过程。

主要结论

PEP制备的96W钨合金，在准静态下具备较高屈服强度与稳定力学性能；在高应变率动态载荷下表现出显著应变率敏感性，适配高速穿透工况；

• 其晶粒塑性变形能力显著优于传统液相烧结钨合金，在高应变率下可实现更充分的塑性滑移与位错运动；

• 穿透过程中表现出一定的自锐能力，弹体前端形态较传统合金更尖锐，穿透效率在同冲击条件下高于对照组；

• 建立的本构模型能较好重现穿透全过程，为3D打印钨合金构件的设计提供理论与实验依据。

论文信息

题名：Mechanical and penetration properties of 3D-printed 96W tungsten alloy

期刊：International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,141(2026)108046

DOI：10.1016/j.ijrmhm.2026.108046   

总结与启示

作为PEP技术路线的推动者，我们认为这篇论文的价值，远不止"又一篇钨合金论文"。

1. 一次强有力的第三方学术背书。论文明确采用powder extrusion 3D printing（PEP）作为制备工艺，并引用了多项PEP制备钨合金的前期研究（如Hu et al.关于PEP制备96W-2.7Ni-1.3Fe合金的工作）。这些研究与升华三维所推动的粉末挤出打印技术体系高度同源。难熔金属领域权威期刊以系统实验验证PEP制备高钨含量合金的可行性与性能优势，是对这条技术路线的实质性学术确认。

2.工艺机理的底层支撑。论文从微观机制上解释了PEP的优势：低温成形避免热应力开裂，均匀粘结剂薄膜降低W–W连续性、释放粘结相塑性协调潜力，从而在高钨含量下兼顾强度与韧性。这为升华三维持续深耕93W/96W等难熔金属体系，提供了可引用的机理解释。

3.可参考的工艺窗口。论文给出的"混炼造粒→低温打印→两步脱脂→氢气气氛液相烧结"完整链路，及其具体参数区间，对PEP钨合金工艺优化具有直接参考价值。

4.研究空白即是产业机会。论文坦言，PEP对钨合金系统的"完整制备工艺"仍缺乏系统深入研究。这恰是产业方可以发力的地方：构建工艺数据库、推动参数标准化、与高校联合攻关，把学术论文的"可行性"变成产业的"稳定性"。

5.合规视野下的应用前景。钨合金在航空航天、核工业、半导体与新能源装备等领域有广阔的工业需求；PEP在小批定制、复杂整体成形上的优势，与这些场景高度契合。需说明的是，论文所涉及的国防相关应用场景，须严格遵循国家法律法规与客户资质要求——本文仅从材料与工艺技术角度作梳理，升华三维的所有业务开展均以合规为前提。

当"难熔金属+复杂构件+小批定制"成为越来越多高端制造场景的共性难题，PEP这类间接增材路线正被学术与产业两端同时验证。这篇IJRMHM论文，既是对PEP制备钨合金能力的一次加分，也为我们下一步与科研、产业伙伴的协同指明了更清晰的方向。       

来源声明：论文来自《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》学术期刊，经升华三维市场部综合整理采编，仅供分享交流。