硅基陶瓷材料如SiC在高温下可供应低热膨胀、高耐磨性和高强度，而铝合金具有低密度、高导热性和高韧性。因此，用 SiC 颗粒增强的铝基复合股料 (AMCs)被认为是很有出息的功能运用材料，如果可以相应地调度金属铝合金基体中的陶瓷相含量，它可以知足机器和热物理性能的良好组合。然而，到目前为止，运用的紧张是具有宏不雅观均匀相分布的整体复合股料，这每每不能知足具有寻衅性的情形，这须要不同性能的组合在一个部分。通过体积分数的系统和可控的变革，可以构思出具有调谐性能的梯度复合股料，用于各种潜在的运用，包括构造和电子元件。
为了制造这种梯度微构造，研究职员采取了各种方法，或遵照液态路线，如离心铸造，挤压浸渗，或粉末冶金烧结工艺和可能的热压烧结。此外，采取了热喷涂、浆料分解沉积、激光熔注等沉积技能。这些工艺的一个共同特点是Al和SiC预混粉末的热加工。这些步骤涉及铝基体的熔化或在靠近熔化温度的温度下烧结。虽然的梯度分布成功实现，但最前辈的高温工艺与毛病的发生有关，如气孔、氧化物夹杂、局部相变、基体和增强体之间可能的繁芜化学反应，以及增强体颗粒的聚拢和降解，这些都将严重影响材料的性能，限定其在运用中的灵巧性。
通过对AMC材料进行固态冷喷涂，将热对喷涂材料和堆积物的影响降到最低，可以避免高温处理造成的毛病，从而形成固体结合界面。已经进行了许多首创性的考试测验来利用预稠浊金属/陶瓷粉末光降盆 AMCs，例如Al-SiCP 、Al-Al2O3和Al-TiNP。基于文献综述，冷喷涂复合股料在增强材料分类方面的紧张特色及其对冷喷涂铝基复合股料的影响可总结如下：沉积材料的力学性能、摩擦磨损性能和热性能与其显微组织和增强颗粒含量有很大的关系。例如，Sansoucy等人宣布称，在与Al12Si合金粉末的初始共混物中，SiC体积分数的范围从20 ~ 60 vol%，导致沉积物中SiC体积分数的范围较小，仅为10 ~ 20 vol%。比较纯Al12Si，冷喷涂镀层的显微硬度由145 HV0.3提高到205 HV0.3。通过利用类似的稠浊质料粉末，Yandouzi等人证明，利用脉冲气动力喷涂工艺可以提高Al12Si-SiC复合股料的SiCP分数，高达14-41 vol%。同样，Yu等人采取15-60 vol%的预稠浊粉末，在冷喷涂Al5056-SiCP沉积中，SiCP含量在21.2 - 41.4 vol%之间。与纯金属沉积比较，这将磨损率降落了5倍以上。结合强度分别为107、147和113 MPa, SiCP含量分别为0、26.4和41.4 vol%。Eesley等创造纯Al基体中SiCP含量在30-40 vol%范围内可以显著降落镀层的热膨胀。根据上述实例，复合股料的力学性能、摩擦学性能和热性能与复合股料沉积中增强颗粒的含量有关。研究还表明，SiCP增强体的沉积效率(DEs)与工艺参数、Al基体类型以及陶瓷颗粒在初始稠浊物中的比例有关。
在上述情形下，单片 AMCs 的 CS 常日须要在喷涂前对粉末进行均匀的预稠浊。在冷喷涂期间利用两个独立的送粉器有两个优点。一方面，可以避免粉末预混作为额外的工艺步骤。另一方面，可以通过不同沉积层的进给速率来改变其组成，以得到分级的微不雅观组织和性能。本研究采取了两种不同粒度分布的SiC粉体。为了在铝合金基体中得到不同数量的SiCP组分，可以改变SiCP的进给速率。赫尔穆特-施密特大学/汉堡联邦国防军大学的Chunjie Huang研究团队通过微不雅观构造研究确定了SiCP在均匀和梯度复合股猜中的含量和分布，并与粉末尺寸和单次进料速率丈量的力学性能干系联。这为冷喷涂制备梯度Al-SiCP复合股料供应了有效的辅导。干系研究成果以题为“Cold spray deposition of graded Al-SiC composites”揭橥在《Additive Manufacturing》上。
图1所示为用激光衍射法丈量了SiCP和Al粉末的尺寸分布(插入图像显示了粉末的宏不雅观描述，SiC和Al粉末分别为玄色和白色)。插入的表中给出了尺寸分布的关键数据(D10, D50和D90)，参考的是全体尺寸分布中体积含量为10%，50%或90%的尺寸
图2所示为两种粉末进给线CS沉积复合股料事理图:(a)配备两种粉末进给器的喷涂系统紧张部件(实际粉末进给器技能细节见附图S2a); (b)b0 中的纯铝，b1、b2 和 b3 中的均质复合股料
以及 b0-3 中的分级复合股料
三种沉积类型的事理图。(b)中的下标字符表示
给粉机对应的送粉率。
图3所示为冷喷涂实验中利用的粗 SiC-F220（a 和 b）、细 SiC-F280（c 和 d）和 Al（e 和 f）质料粉末的描述的 SEM 显微照片（up ×500）和细节（down×5000）。
图4所示为以5rpm的恒定速率沉积的纯铝样品的参考显微图。(a)全体四层沉积OM的微不雅观构造概览，(a)中的插入物对应于Al沉积表面的照片图像。(b和c)基底和沉积表面界面OM显微构造细节，(d)沉积内部SEM显微构造细节高倍放大图。赤色和黄色箭头分别表示高度变形和较少变形的区域。
图5所示为SEM和EDS测图显示了
复合股料的表面描述(a-d) 1rpm和(e-f) 3rpm。(a-b)和(c-d)分别对应图5d中的表面区域
和表面区域
。(a和c)中的插图显示了更高放大倍率下
的影响(对应于蓝色矩形)。(e、f)分别对应图5f中的表面区域
和表面区域
。EDS测绘利用Si (kα)辐射进行，局部高SiC含量在这里显示为蓝色(对付图中颜色参考的阐明，读者可以参考本文的Web版本)
图6所示为均匀处理的
样品的微不雅观构造概况和细节(OM显微图的截面)共沉积的固定
粉末投递率(a-b): 4.6 g/min (1 rpm)， (c-d): 9.2 g/min (2 rpm)和(e-f): 13.8 g/min (3 rpm)表面区域
左) 和
右).。图中的蓝色矩形。A-f表示以更高倍率显示的区域，以显示细节。
图7所示为(a) 喷涂铝、
和
沉积物在拉伸试验后的断裂表面。
图8所示为梯度
沉积中各层厚度(左纵坐标)和
组分(右纵坐标)与对应层的干系性。
图9所示为不同冷喷涂
沉积物中得到的
体积分数与质料粉末中陶瓷含量的比较。
本研究表明，在冷喷涂中利用两条粉末进料线可用作沉积Al-SiCP 复合股料的适当增材制造工具。不同硬质相含量的单个沉积特色与利用预稠浊粉末稠浊物得到的特色相似。然而，与利用粉末稠浊物比较，调度单个进料速率的给定灵巧性许可更好地微调硬相含量并易于构建多层分级复合股料。
复合股料形成均匀的空想条件是Al和硬相粉末的尺寸附近，以及适当的喷涂参数设置。原则上，利用较粗的粉末作为铝基复合股料的增强体是可能的，但会导致沉积不屈均性和内部毛病。尺寸附近的Al和SiC粉末在沉积物中形成较为均匀的硬相，且硬相分布较为明确，从而产生了明确的功能特性，例如导电性或硬度。单个沉积效率，以及它们随着硬相含量的增加而降落的差异，可以通过各自的颗粒表面相互浸染和绝热剪切失落稳达到键合所需的条件来阐明。
将产生均匀沉积的条件转移到在全体身分范围内沉积具有致密和无孔微不雅观构造的四层分级Al-SiCP复合股料。因此，利用单独调度的粉末进料线的冷喷涂共沉积是实现良好分级复合股料增材制造的主要一步。单独身分和更细的梯度可以通过粉末进料速率和机器人运动学进行调度。通过调度好参数集，基本事理也可以转移到其他材料组合，如金属-金属(Cu-W, Cu-Mo, Ti6Al4V-Steel等)或金属-陶瓷(Ni-Al2O3, Ti-TiC等)。然而，这种分级复合股料的个别性能还须要进一步评估，如果须要，可以通过后期处理进行调度。
