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Integrated filler metal/base metal manufacturing via cold spray additive manufacturing for 

brazing _Cf/SiC and superalloy

冷噴涂增材制造用于Cf/SiC復合材料與高溫合金釬焊的填充金屬/母材一體化制備

作者信息：

Pengcheng Wang ^a, Weihan Liu ^a, Lei Gu ^a, Hao Ran ^a, Xiaoguo Song ^b, Zhaoyi Pan ^c, Haiyan Chen ^a, Wenya Li ^a

a State Key Laboratory of Solidification Processing, Shaanxi Key Laboratory of Friction Welding Technologies, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, 710072, China

b State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150001, China

c Xi'an Space Engine Company Limited, Xi'an, 710072, China

https://doi.org/10.1016/j.tramat.2025.100012

文章介紹：

作為結構材料的Cf/SiC復合材料在航空發動機熱端部件中展現出巨大應用潛力。由于脆性大且價格昂貴，Cf/SiC難以直接加工成復雜構件，需與高溫合金連接形成復合結構。目前工程中多采用螺栓連接方式，但這會抵消Cf/SiC的減重優勢。活性釬焊是實現陶瓷/金屬連接的有效方法，但Cf/SiC與高溫合金物理性能（特別是熱膨脹系數）的顯著差異會導致釬焊接頭存在較大殘余應力，因此開發新型可靠連接技術至關重要。

當前傳統復合釬料制備主要采用粉末釬料或箔狀釬料形式。為緩解殘余應力，研究者通過在粉末釬料中添加低熱膨脹系數（CTE）的陶瓷/金屬相來調節釬料性能。Song等采用石墨烯納米片增強AgCuTi復合釬料連接SiC陶瓷與Al0.3CoCrFeNi高熵合金，當添加0.3 wt%石墨烯時，接頭殘余應力顯著降低且力學性能提升。另一種思路是采用金屬或多孔陶瓷中間層釋放應力，如Zhang等使用AgCuTi/Cu泡沫/AgCuTi三明治結構釬料連接SiCf/SiC與GH536，泡沫銅通過應力緩沖作用提高了接頭強度。然而這些方法在改善應力的同時增加了釬焊工藝復雜性，亟需開發兼具應力緩解和工藝簡化的新型方法。

冷噴涂作為一種新興固態增材制造技術，已廣泛應用于純金屬、合金及陶瓷/金屬復合材料的制備。該技術通過拉瓦爾噴嘴將微米級顆粒加速至超音速，粒子在基體表面發生劇烈塑性變形實現低溫固態沉積。對于活性釬料制備而言，傳統增材制造技術的熔融過程會導致活性元素損耗，而冷噴涂的低溫特性可避免此問題，為復合釬料制造提供了獨特解決方案。

本研究提出基于冷噴涂增材制造的釬料/母材一體化制備新方法。選用具有優異焊接性和塑性的CuTi及CuTi+W體系作為Cf/SiC與GH3536的活性釬料。相較于傳統粉末釬料（三組件裝配：Cf/SiC-粉末釬料-高溫合金，圖1a）或箔狀釬料（五組件裝配：Cf/SiC-箔狀釬料-網狀中間層-箔狀釬料-高溫合金，圖1b），該技術將裝配簡化為雙組件模式（Cf/SiC-一體化釬料/高溫合金，圖1c）。通過冷噴涂技術在GH3536表面成功制備了CuTi（CS-CuTi）及CuTi+W（CS-CuTi+W）復合釬料涂層，揭示了CuTi+W涂層的界面結合機制，并系統研究了CS-CuTi+W釬料連接Cf/SiC-GH3536接頭的微觀組織演變與界面反應機理。

中文摘要：

提出了一種新型冷噴涂增材制造一體化釬料/母材制備方法。采用冷噴涂增材制造技術制備了CuTi釬料/GH3536及CuTi+W復合釬料/GH3536一體化材料。銅鈦顆粒的大塑性變形與鎢顆粒的夯實效應共同促進了顆粒界面結合，從而改善了冷噴涂CuTi+W復合釬料的焊接性能。基于冷噴涂CuTi+W復合釬料，成功實現了Cf/SiC復合材料與GH3536的釬焊連接，并對典型微觀組織及釬焊機理進行了研究。結果表明：采用冷噴涂CuTi+W復合釬料釬焊的Cf/SiC-GH3536接頭剪切強度達到77MPa。本研究凸顯了冷噴涂增材制造在釬焊領域一體化釬料/母材制備中的巨大潛力。