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

brazing _Cf/SiC and superalloy

冷喷涂增材制造用于Cf/SiC复合材料与高温合金钎焊的填充金属/母材一体化制备

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

文章介绍：

作为结构材料的Cf/SiC复合材料在航空发动机热端部件中展现出巨大应用潜力。由于脆性大且价格昂贵，Cf/SiC难以直接加工成复杂构件，需与高温合金连接形成复合结构。目前工程中多采用螺栓连接方式，但这会抵消Cf/SiC的减重优势。活性钎焊是实现陶瓷/金属连接的有效方法，但Cf/SiC与高温合金物理性能（特别是热膨胀系数）的显著差异会导致钎焊接头存在较大残余应力，因此开发新型可靠连接技术至关重要。

当前传统复合钎料制备主要采用粉末钎料或箔状钎料形式。为缓解残余应力，研究者通过在粉末钎料中添加低热膨胀系数（CTE）的陶瓷/金属相来调节钎料性能。Song等采用石墨烯纳米片增强AgCuTi复合钎料连接SiC陶瓷与Al0.3CoCrFeNi高熵合金，当添加0.3 wt%石墨烯时，接头残余应力显著降低且力学性能提升。另一种思路是采用金属或多孔陶瓷中间层释放应力，如Zhang等使用AgCuTi/Cu泡沫/AgCuTi三明治结构钎料连接SiCf/SiC与GH536，泡沫铜通过应力缓冲作用提高了接头强度。然而这些方法在改善应力的同时增加了钎焊工艺复杂性，亟需开发兼具应力缓解和工艺简化的新型方法。

冷喷涂作为一种新兴固态增材制造技术，已广泛应用于纯金属、合金及陶瓷/金属复合材料的制备。该技术通过拉瓦尔喷嘴将微米级颗粒加速至超音速，粒子在基体表面发生剧烈塑性变形实现低温固态沉积。对于活性钎料制备而言，传统增材制造技术的熔融过程会导致活性元素损耗，而冷喷涂的低温特性可避免此问题，为复合钎料制造提供了独特解决方案。

本研究提出基于冷喷涂增材制造的钎料/母材一体化制备新方法。选用具有优异焊接性和塑性的CuTi及CuTi+W体系作为Cf/SiC与GH3536的活性钎料。相较于传统粉末钎料（三组件装配：Cf/SiC-粉末钎料-高温合金，图1a）或箔状钎料（五组件装配：Cf/SiC-箔状钎料-网状中间层-箔状钎料-高温合金，图1b），该技术将装配简化为双组件模式（Cf/SiC-一体化钎料/高温合金，图1c）。通过冷喷涂技术在GH3536表面成功制备了CuTi（CS-CuTi）及CuTi+W（CS-CuTi+W）复合钎料涂层，揭示了CuTi+W涂层的界面结合机制，并系统研究了CS-CuTi+W钎料连接Cf/SiC-GH3536接头的微观组织演变与界面反应机理。

中文摘要：

提出了一种新型冷喷涂增材制造一体化钎料/母材制备方法。采用冷喷涂增材制造技术制备了CuTi钎料/GH3536及CuTi+W复合钎料/GH3536一体化材料。铜钛颗粒的大塑性变形与钨颗粒的夯实效应共同促进了颗粒界面结合，从而改善了冷喷涂CuTi+W复合钎料的焊接性能。基于冷喷涂CuTi+W复合钎料，成功实现了Cf/SiC复合材料与GH3536的钎焊连接，并对典型微观组织及钎焊机理进行了研究。结果表明：采用冷喷涂CuTi+W复合钎料钎焊的Cf/SiC-GH3536接头剪切强度达到77MPa。本研究凸显了冷喷涂增材制造在钎焊领域一体化钎料/母材制备中的巨大潜力。