冷喷涂作为一种高性能的固态涂层制备技术，通过微米级金属粉末颗高速撞击和强烈塑性变形，使粒子与基体在不发生熔化的条件下形成有效结合。冷喷涂技术不仅可以应用于制备高质量金属涂层，还可用于增材制造和零件修复，在重要工业和国防领域广受青睐。虽然冷喷涂基础研究已有二十多年，在制备先进金属/复合涂层、增材制造和修复方面显示出巨大潜力和应用前景，但研究表明，尽管优化冷喷涂工艺参数能使涂层达到较高的强度，但其几乎无塑性，这种“高强度、无塑性”特点严重阻碍了冷喷涂沉积体作为结构材料的应用。因此，绝大多数研究尝试通过喷涂后处理改善涂层的强度和塑性。近年来，李文亚教授团队及其合作团队，通过解析冷喷涂工艺的“关键因子”，成功制备出具有高塑性的铜和锌沉积体，并解释了其产生塑性的来源与机制，为冷喷涂固态增材制造技术发展提供了重要的理论基础与创新研究方向。

原位拉伸及组织结构-性能关联性结果

合作研究团队创新性地利用原位EBSD拉伸实验手段，观察到冷喷涂铜在拉伸过程中发生晶粒旋转合并，同时孪晶辅助铜沉积体塑性变形的实验现象。该工作将铜沉积体工艺参数与材料微观组织结构做关联，发现铜沉积体的再结晶程度与孪晶含量足够高是其获得塑性的必要条件，找到了冷喷涂铜工艺与材料组织结构的“塑性区”，利用成本更低的氮气作为加速气体制备铜沉积体，使其极限抗拉强度达到270MPa，塑性近30%，攻克了冷喷涂层长期以来“无塑性”的缺点，为冷喷涂金属材料增材制造强韧化提供新思路。相关成果以“High ductility induced by twin-assisted grain rotation and merging in solid-state cold spray additive manufactured Cu”为题，发表在金属材料顶刊《Journal of Materials Science & Technology》。

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.06.032

此外，合作研究团队还以金属锌为对象，研究冷喷涂制备金属沉积体的力学性能与拉伸断裂行为。金属锌具有较低熔点，是研究高应变速率变形和局部温升效应现象的理想模型，研究发现在较低的喷涂气体温度下制备的锌沉积体发生明显的动态再结晶行为，在更高的喷涂气体温度下制备的锌沉积体再结晶程度也随之增加。

粉末-涂层组织-性能一体化研究思路

研究团队通过调整工艺参数及涂层关键质量因子，获得极限抗拉强度135MPa，延伸率18.4%的锌沉积体，性能与激光增材制造锌相当。研究发现锌沉积体的力学性能与缺陷尺寸及密度高度相关。锌沉积体的缺陷密度越高，特别是非结合区域，会直接降低沉积体的塑性，同时利于裂纹形核及扩展。锌沉积体的大角度晶界的含量高达91.2%，有助于应变硬化，从而提高材料强度，同时这也为裂纹形成提供了更多的形核点。该工作相关成果以“Ductility and fracture behavior of cold spray additive manufactured zinc”为题，发表在增材制造领域顶刊《Additive Manufacturing》。

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104310

通讯作者简介：李文亚

云顶集团7610官方网站材料学院教授，博士生导师，国家级领军人才，陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室主任。主要从事先进固相连接技术研究。荣获国家自然科学二等奖、陕西省科学技术一等奖、二等奖等学术奖励。在国内外知名期刊物发表第一或通讯作者SCI论文240余篇，WOS他引10000余次；授权发明专利39件。担任国际期刊Welding in the World、Welding International副主编，International Journal of Minerals Metallurgy and Materials学科编辑，Additive Manufacturing、Journal of Materials Science & Technology、Science and Technology of Welding and Joining、焊接学报、中国表面工程、表面技术等期刊编委。

（文案：李文亚；审核：禹亮）