雙金屬結(jié)構(gòu)或功能梯度金屬最典型的應(yīng)用是制造火箭發(fā)動機(jī)燃燒室。發(fā)動機(jī)在工作時(shí)燃燒溫度超過3000℃，很少有金屬能夠承受這種高溫而不被熔化，因此改變?nèi)紵业慕Y(jié)構(gòu)成為滿足其正常運(yùn)行的關(guān)鍵。當(dāng)前的燃燒室采用再生冷卻，結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外兩層壁構(gòu)成冷卻夾套。內(nèi)襯一側(cè)為高溫燃?xì)猓蟛牧媳仨毦邆錁O佳的導(dǎo)熱能力，多采用銅合金；另一側(cè)為結(jié)構(gòu)護(hù)套，要求在高溫下提供良好的機(jī)械性能，鎳基高溫合金是重要的選擇。

近年來，3D打印制造燃燒室已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，同時(shí)已有大量應(yīng)用案例。新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)也成為研發(fā)的關(guān)鍵。NASA的研究人員專門開發(fā)了適合于3D打印燃燒室的GRCop-42（Cu-Cr-Nb）銅合金以及HR-1（Fe-Ni-Cr）高溫合金。3D打印的GRCop-42相比傳統(tǒng)的Cu-Cr-Ag，前者具有更高的蠕變性能和高溫強(qiáng)度，有望提高新一代火箭發(fā)動機(jī)推力。HR-1則可在極端環(huán)境中抵抗腐蝕、氧化和脆化，用于承受高溫強(qiáng)度的火箭發(fā)動機(jī)部件。由這兩種材料3D打印的功能梯度雙金屬接頭可用于需要高溫強(qiáng)度和高熱通量的火箭發(fā)動機(jī)部件，如內(nèi)燃機(jī)襯套、夾套和噴嘴。

NASA已經(jīng)使用基于激光的金屬增材制造技術(shù)制造了GRCop-42和HR-1雙金屬火箭發(fā)動機(jī)接頭。在此之前，馬歇爾材料與工藝實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)借助DMG MORI的增減材一體3D打印機(jī)制造了In625和C18150（一種銅鉻鋯合金）制成的火箭發(fā)動機(jī)部件，并成功進(jìn)行了測試。

雙合金功能梯度結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)兩種材料之間的逐漸過渡，以消除不同熱膨脹系數(shù)的材料之間接縫處產(chǎn)生的應(yīng)力集中。然而，基于熔融的技術(shù)涉及熔化，雙金屬接頭中容易出現(xiàn)孔隙和偏析，導(dǎo)致殘余應(yīng)力產(chǎn)生并在組件中形成有害相。

實(shí)際上，NASA也在測試一種不需要高能熱源的3D打印工藝——采用冷噴涂制備雙金屬材料。這是一種基于高速粒子固態(tài)沉積的制備方法，粒子在固態(tài)下碰撞基體，經(jīng)過劇烈的塑性變形沉積形成涂層，同時(shí)對基體不形成熱影響，可近凈成形制備零部件。

通常激光打印用粉的質(zhì)量要求較高，如粉末流動性、球形度要好，不能有衛(wèi)星球、空心粉等，加上霧化效率低，導(dǎo)致激光打印用粉的價(jià)格很高。冷噴涂對于粉末的要求主要在于直徑，要求粒子大小必須在1-50μm范圍內(nèi)，直徑越小越容易獲得和氣流一樣的速度。因此說來冷噴涂對粉末的要求要更低一些，當(dāng)然lens技術(shù)對粉末的要求也比SLM用粉要求低。

NASA的研究人員和南達(dá)科他礦業(yè)技術(shù)學(xué)院的研究人員采用不同含量的Cu-Cr-Nb（GRCop-42）和Fe-Ni-Cr（HR-1）粉末為原料，通過冷噴涂3D打印技術(shù)制備了樣品，有望為火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的制備提供一種3D打印新方法。

冷噴涂3D打印中工藝氣體會對材料的微觀組織和性能產(chǎn)生很大的影響。NASA這項(xiàng)工作的主要目的是研究冷噴涂3D打印技術(shù)制備GRCop-42和HR-1合金雙金屬結(jié)構(gòu)，評價(jià)了氮?dú)夂秃鈨煞N工藝氣體對機(jī)械性能的影響，同時(shí)為改善機(jī)械性能進(jìn)行了熱處理，分析了熱處理對微觀結(jié)構(gòu)演變和力學(xué)性能的影響。

這項(xiàng)研究采用冷噴涂3D打印技術(shù)制備了GRCop-42和HR-1合金，研究了兩種粉末含量、工藝氣體和熱處理對樣品微觀組織演變和力學(xué)性能的影響。與氮?dú)夤に囍苽涞臉悠废啾龋夤に囅轮苽涞臉悠肪哂邢鄬^低的孔隙率和更好的機(jī)械性能。主要?dú)w因于氦氣工藝下粒子具有更高的速度導(dǎo)致產(chǎn)生更多的塑性變形。所有冷噴涂3D打印制備的樣品都具有非常低的延展性和較高的顯微硬度。通過熱處理實(shí)現(xiàn)了再結(jié)晶和析出相的細(xì)化，顯著提高了GRCop-42和HR-1合金的延展性和拉伸強(qiáng)度。向GRCop-42中添加HR-1可降低孔隙率，GRCop-42中HR-1含量超過50 %，將會降低樣品力學(xué)性能。

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冷噴涂目前也已得到飛行應(yīng)用，TRL技術(shù)成熟度較高，雖然主要用于維修，但應(yīng)用正在成熟。冷噴涂被證明可用于自由形式和雙金屬應(yīng)用開發(fā)，如液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的熱火測試。目前用于生產(chǎn)的商用冷噴涂裝備數(shù)量也很有限，但該技術(shù)正在得到關(guān)注。

總的來說冷噴涂3D打印技術(shù)可用于制備GRCop-42和HR-1合金及其復(fù)合材料，可作為制造火箭發(fā)動機(jī)應(yīng)用部件的替代生產(chǎn)方法。若采用這種3D打印方法制備出火箭發(fā)動機(jī)可以有效避免傳統(tǒng)工藝中的釬焊、鑄造等工藝，可有效提升零件成品率，減少工藝流程，是一種有潛力的多金屬結(jié)構(gòu)材料加工方法。