氢载气突破冷喷涂技术瓶颈：实现高强度高密度GRCop-42的室温沉积

本文首次展示了以氢气为载气室温冷喷涂（Cold Spray）GRCop-42铜合金的创新研究。利用氢气极高的音速（1.3倍于氦气），实现了优异的颗粒撞击动力学，获得高密度（99%）、高屈服强度（606 MPa）和硬度（206 HV0.2）的沉积层。该研究为航空航天及热管理领域的高温铜合金先进制造提供了一种可持续的高性能氦气替代方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于利用氢气作为载气进行GRCop-42的室温冷喷涂。凭借氢气极高的音速（达到氦气的1.3倍），实现了卓越的颗粒撞击动力学，从而制备出高密度（约99%）且具有广泛塑性变形的沉积层。

氢载气冷喷涂GRCop-42

所使用的原料为GRCop-42（成分为Cu-4Cr-2Nb，原子百分比），其颗粒呈球形，具有高斯尺寸分布，分布众数为10 μm。冷喷涂过程在室温下使用氢气作为载气，压力为200 psi。喷涂形成单道沉积层，总长度为100 mm。喷嘴的扫描速度保持在500 mm/s。在堆积方向上编程设定了10个步进，每个步进为0.1 mm。

冷喷涂金属中氢载气的优势

载气在冷喷涂中扮演着关键角色，它推动加热的原料颗粒高速射向基板。沉积和结合效率受载气温度和音速的控制。此参数由公式 V = √(γRT/M) 给出，其中γ是气体的比热容比，R是绝对气体常数，T是气体的绝对温度，M是气体的分子量。虽然空气在操作上具有便利性...

Conclusions

对环境温度下氢载气冷喷涂制备的GRCop-42沉积层的结构、力学性能和摩擦学性能进行了系统研究。主要发现总结如下：

• 氢载气冷喷涂GRCop-42能够制备出高密度（约99%相对密度）且结合质量增强的沉积层。使用氢气可实现比氦气高1.3倍的音速，并且在高温下还有进一步提升的潜力，这确立了氢气作为可行...