冷喷涂增材制造辅助钎焊技术实现Cf /C-高温合金异质接头双相结构的协同强化

针对Cf /C复合材料与高温合金钎焊接头强度不足的难题，研究人员提出冷喷涂增材制造（CSAM）辅助钎焊新策略。通过CSAM制备NiTi75中间层，促进Fe、Cr、Ni、Ti原子扩散，形成Cr-rich σ相与Ni3 Ti相的双相异质结构，使接头剪切强度提升至20.9 MPa（传统粉末钎料仅6.1 MPa），为高性能钎焊提供了新思路。

　　

在航空航天领域，碳纤维增强碳复合材料（C_f
/C）因其轻量化、高强度等优势成为热端部件的理想材料，但其与镍基高温合金（如GH3536）的连接始终面临巨大挑战。传统钎焊技术使用粉末填料时，界面冶金反应难以控制，易形成过量脆性金属间化合物，导致接头强度骤降（仅6.1 MPa）。更棘手的是，两种材料的热膨胀系数差异显著，易引发开裂风险。如何实现高强度、高可靠性的异质材料连接，成为制约航空航天部件性能提升的"卡脖子"难题。

为解决这一瓶颈问题，国内研究人员创新性地将冷喷涂增材制造（Cold Spray Additive Manufacturing, CSAM）技术与钎焊工艺相结合。CSAM作为一种固态加工技术，凭借"气动加速-固态沉积"特性，可在低温环境下制备出低孔隙率、高致密度的NiTi75中间层，避免了传统热加工导致的氧化和预冶金反应问题。研究团队通过球磨混合Ni、Ti粉末制备CSAM专用材料，采用优化的工艺参数在GH3536基体上沉积中间层，随后进行钎焊实验。通过SEM、EDS等分析手段系统研究了界面微观结构演变，并对比了传统粉末填料与CSAM中间层的性能差异。

材料制备与CSAM沉积工艺
研究选用粒径15-53 μm的球形Ni、Ti及NiTi混合粉末，通过行星式球磨实现均匀混合。CSAM沉积过程中，低温特性有效保留了Ti等活性元素，中间层与基体通过压应力实现紧密结合，为后续原子扩散奠定基础。

CSAM NiTi中间层的微观结构与相组成
微观分析显示，CSAM制备的中间层呈现典型层状结构，元素分布均匀。钎焊后，Fe、Cr等元素从高温合金基体向钎缝扩散，促使界面区域形成梯度过渡的扩散反应区（Region Ⅰ）和等轴晶区（Region Ⅱ）。

双相异质结构的形成机制
在钎缝中心区域（Region Ⅲ），Cr元素偏聚形成硬质σ相（Cr-rich），而Ni₃
Ti相则以韧性相形态分布。这种"软硬交替"的双相结构通过σ相阻碍位错运动、Ni₃
Ti相吸收应变能的协同机制，实现了强度-韧性的完美平衡。

与传统粉末填料的性能对比
使用CSAM中间层的接头剪切强度达20.9 MPa，是传统NiTi75粉末填料（6.1 MPa）的3.4倍。微观结构分析表明，传统粉末填料接头中存在大量粗大脆性相，而CSAM中间层促使反应产物细化均匀分布。

这项研究开创性地证明了CSAM技术在异质材料连接领域的巨大潜力。通过精准调控中间层成分与结构，实现了原子尺度扩散行为的优化，最终获得具有双相协同强化效应的理想微观组织。该成果不仅为航空航天关键部件的制造提供了新方案，更开辟了"金属粉末直接制备钎焊中间层"的技术路线，对开发新型钎料体系具有重要指导意义。发表于《Journal of Materials Science》的这项研究，标志着我国在高端装备制造领域又一项核心技术取得突破。