孔内壁连续丝电爆炸喷涂方法研究

摘要

电爆炸喷涂作为表面改性技术的一种，在材料表面喷涂领域具有一定的优势。电爆炸喷涂是金属丝电爆炸现象的一种应用，其特殊之处在于金属丝本身既是热源，又是喷涂动力的来源。电爆喷涂可使用难熔金属如钨、钼作喷涂材料，尤其适合于喷涂圆型工件的内表面。
　　 但目前电爆炸喷涂装置处于研究阶段，机械化程度低。电爆炸喷涂孔件内表面时，多数是预先将喷涂材料置于工件的中轴线处再进行爆炸喷涂，喷涂材料不能实现自动更新，喷涂效率低。同时，由于受能量密度以及喷涂材料膨胀距离的影响，现有电爆炸喷涂设备很难实现对长孔件和大孔径工件的涂层制备。针对上述问题，论文基于气体放电导入电流机制，开发一种喷涂距离可调节的孔内壁连续丝电爆炸喷涂装置。该装置主要包括有长型导电支撑体，金属丝输送装置，爆炸腔室，基体旋转装置和高压发生装置H.V等。长型导电支撑体的设计可实现对较长孔件内壁涂层的制备;爆炸腔室起到约束爆炸产物实现了定向喷涂的效果;依靠尖端放电将大电流导入爆炸金属丝的这种非接触式导入电流机制，实现了喷涂材料的连续送进，并保证了实验装置的稳定性和可靠性;通过对基体旋转装置的调节，可实现对不同孔径件内表面的电爆炸喷涂。
　　 为认识施加在爆炸金属丝上能量密度对涂层特性的影响，利用自制的试验装置，选用横截面积为3.14×10-2mm2、6.28×10-2mm2、9.42×10-2mm2的三种钼丝作为喷涂材料，分别在初始充电电压为11kV、12 kV、13 kV、14kV下进行电爆炸喷涂试验。通过扫描电镜分析涂层的表面形貌和截面特征，并对所得涂层的组织结构、结合强度，涂层沉积率等特征进行测试分析。
　　 实验表明，钼丝的电爆炸产物为气相粒子和熔融金属液滴，气相粒子在膨胀过程中受碰撞冷却作用，冷凝为纳米颗粒，并不参与涂层的形成，而中心银白色涂层则主要是由熔融液滴直接喷射形成。随着施加在爆炸金属丝上能量密度的变化，得到三种不同类型的涂层，液相堆积层、液相喷涂层和表面平整喷涂层，并通过计算分析，归纳了形成各类涂层大概的能量密度范围。为研究钼涂层的各项特性，进行了每位置处连续多次喷涂试验，试验表明当采用较低能量密度喷涂时，涂层呈现明显的层状结构;随着施加在爆炸金属上能量密度的提高，层状组织尺寸减小，且组织间的间距逐渐减小，涂层变得致密;当能量密度e＞350J/mm3时，层状或片状组织消失，涂层呈现细小微晶组织，涂层的显微硬度达到482HV0.1，涂层结合强度高，属于HF-1级。
　　 基于上述涂层类型以及涂层特性，对涂层的形成机制进行了研究。施加在爆炸金属丝上的能量密度直接决定了爆炸产物的形态、分布比例以及温度和冲击速度等。当施加在爆炸金属丝上能量密度较低时，爆炸金属丝大部分形成了温度低，尺寸较大的液态金属熔滴爆炸产物，且冲击速度小，所得涂层的结合强度低;随着能量密度的提高，爆炸产物中的液态熔融粒子尺寸将逐渐减小，粒子温度增高，冲击速度也增大，所得涂层的结合强度增高，沉积率液增大;当能量密度增大到一定程度时，爆炸产物中的气相成分所占份额增多，液相成分则相对减少，此时虽然粒子的温度高，冲击速度大，所得涂层的结合强度高，但由于气相粒子不参与涂层的形成，从而使得涂层的沉积率降低。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 电爆炸喷涂的概述

1．2．1 电爆炸喷涂的概念及特点

1．2．2 电爆炸喷涂原理

1．2．3 电爆炸喷涂的应用

1．3 电爆炸喷涂的国内外研究现状

1．3．1 金属丝电爆炸现象的研究

1．3．2 电爆炸喷涂技术的研究

1．3．3 电爆炸喷涂方法的研究

1．4 课题来源以及本论文的主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究意义

1．4．3 本论文的主要研究内容

第2章 孔内壁连续丝电爆炸喷涂装置的开发

2．1 引言

2．2 试验装置的设计

2．2．1 气体放电导入电流的介绍

2．2．2 整体结构

2．2．3 长型导电体的设计以及电容器的连接

2．2．4 爆炸腔体与电极的设计

2．2．4 校丝机构的设计

2．2．5 金属丝输送机构的设计

2．2．6 基体管旋转装置的设计

2．3 本章小结

第3章 电爆炸喷涂钼涂层的工艺试验

3．1 引言

3．2 试验方法

3．3 试验结果与分析

3．4 本章小结

第4章 电爆炸喷涂钼涂层特性及形成机制的研究

4．1 引言

4．2 试验方法

4．3 初始充电电压对涂层组织和性能的影响

4．4 爆炸钼丝横截面积对涂层组织和性能的影响

4．5 涂层的形成机理

4．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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