管约束粉末电热爆炸喷涂方法的研究

摘要

电热爆炸喷涂技术作为一种制备涂层的新方法，具有能喷涂高熔点材料、对基体的热影响小等独特优势。
　　 本文基于气体放电导入电流机制，提出了一种胶粘式送粉管内约束电爆喷涂的方法并研制了喷涂装置，该装置主要包括:储粉器、振动结构、电极、爆炸管、送粉带、电容器组和高电压。储粉器及压敏胶能对粉末量实施定量控制，使用送粉带连续、均匀地将粉末载送于两电极间。借助气体放电机制，脉冲大电流通过尖端结构的电极导入粉末，很大程度上减轻爆炸时电极的烧蚀。选择具有较好抗爆特性的聚丙烯+聚乙烯组合套管为爆炸管，在其约束作用下，爆炸产物实现定向喷涂。工作过程为:高压发生器向储能电容器充电，在两电极之间建立起高压电场，在主动轮的带动下，压敏胶均匀附着于送粉带表面进入储粉器，借助压敏胶的粘接性和压粉轮的挤压力可使粉末均匀铺展并粘接在送粉带上进入爆炸管，当到达合适的位置时，粉末与电极发生气体放电，将大电流导入粉末，粉末瞬间产生大量焦耳热引发爆炸，爆炸产物经喷腔口喷射到基体上，形成涂层。
　　 以WC粉末为喷涂材料，进行电热爆炸喷涂，分析过程参数对起爆特性、涂层面积及涂层特性的影响。初始电压较小时，气体放电影响起爆可靠性;电压升高时，起爆可靠性主要与粉末颗粒堆积密度、颗粒间间隙和界面效应有关;在较高的电压下起爆可靠性较好。在3～7mm的喷涂距离内，初始电压对中心喷涂层的面积影响较小，主要原因在于物相为液相的中心喷涂层的面积大小受喷嘴尺寸的限制，且在该喷涂距离内，由气相和液相的爆炸产物形成涂层，超过该距离，基体上只附着黑色纳米微粒。
　　 基于以上试验，研究涂层的形成机理。使用SEM对其表面和截面进行观察分析，通过EDS和XRD分别分析涂层中的元素扩散和相变情况。较小的喷射腔横截面积能提高爆炸区域的温度、爆炸产物的飞行速率，从而增大气相产物的份额，在较短的喷涂距离内，气相保持高速撞击基体后迅速向基体四周蔓延，增强了气相蔓延的能力，最终形成较大面积的气相沉积涂层。在3～7mm的喷涂距离范围内，气相产物优先沉积，形成气相沉积层，且气相沉积层与基体结合致密;被基体反弹的气相分子冷凝为纳米粒子且悬浮在空中，部分黑色纳米粒子吸附并堆积在气相沉积层上;随后，残留的液相滞后喷射在气相沉积层的表面，形成液相喷涂层。在与基体结合的复合涂层中，第一层为气相沉积层，第二层为液相喷涂层。电爆过程为非平衡相变过程，涂层中出现WCx和WC1-x相。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电热爆炸喷涂概述

1．1．1 电热爆炸喷涂过程

1．1．2 电热爆炸喷涂的特点

1．1．3 电热爆炸喷涂的应用

1．2 电热爆炸喷涂技术的国内外研究现状

1．3 论文的研究内容

第2章 胶粘式送粉管内约束电热爆炸喷涂装置

2．1 胶粘式送粉管内约束电热爆炸喷涂基本原理

2．2 胶粘式送粉管内约束电热爆炸喷涂装置图

2．2．1 储粉器

2．2．2 振动结构

2．2．3 电极

2．2．4 爆炸管

2．2．5 紧固结构

2．2．6 送粉带

2．2．7 电容器组

2．2．8 高压电路

2．3 本章小结

第3章 管内约束碳化钨粉末电热爆炸喷涂工艺试验

3．1 试验方法

3．2 粉末用量和初始电压对起爆可靠性的影响

3．3 初始电压和喷射腔横截面积对涂层面积的影响

3．4 喷涂距离和初始电压对涂层特性的影响

3．5 本章小结

第4章 管约束WC粉末电热爆炸喷涂涂层形成

4．1 试验方法

4．2 涂层的形成过程

4．3 涂层的XRD分析

4．4 涂层的形成机理

4．5 本章小结

第5章 问题与展望

5．1 电热爆炸喷涂存在的问题

5．2 展望

结论

参考文献

致谢

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