连续送丝管约束电爆喷涂方法研究

摘要

电爆喷涂技术作为表面改性技术的一种，是喷涂材料电爆炸现象的应用。电爆喷涂具有多方面的应用优势，如电爆喷涂过程对基体材料的热影响小，可获得与基体结合强度高且致密的涂层，特别适合于高熔点的喷涂材料等。然而现有的电爆喷涂方法大都存在两方面的问题：一是爆炸后的喷涂材料受约束的程度不够；二是喷涂材料不能实现自动更换，喷涂效率较低，即每次喷涂前都需要用人工的方法将喷涂材料安放在两电极之间。
　　 为提高爆炸后喷涂材料受约束的程度和喷涂效率，本文研制了连续送丝的管约束电爆炸喷涂实验装置。主要包括送丝机构、顶带机构、导向机构、基体移动机构、电容器充放电系统等。该装置采用平带送丝的方法将金属丝输送到两电极之间，电极通过气体放电方式将大电流导入金属丝，金属丝发生熔化、气化、爆炸，爆炸后的喷涂材料受到高密度聚乙烯喷枪的约束，从喷口端喷出，撞击在基体表面形成涂层。初步试验已经证实该方法也可得到高致密的涂层；并且分析了涂层厚度随喷涂距离的变化关系，得到了大面积喷涂的条件。
　　 为了更好的认识管约束下电爆喷涂方法所得涂层的特性，利用该实验装置进行电爆喷涂实验。选用钼丝作为喷涂材料，研究初始充电电压分别为8kV，10kV，12kV，喷涂距离在0～25mm之间变化时涂层的特性。将得到的涂层首先使用机械刮擦的方法进行测试；然后使用压痕法对不易刮落涂层的结合强度进行评定；并使用扫描电镜对涂层的表面和剖面进行分析。
　　 实验结果显示：在喷涂距离较小时，涂层表面光滑，具有液态金属凝固的特征，涂层与基体结合紧密，内部致密，结合强度较高；在喷涂距离较大时，涂层表面不仅有液态金属凝固的特征，而且有球形颗粒，并且球形颗粒的数量随着喷涂距离的增大越来越多，涂层剖面具有分层的现象，涂层结合强度随着喷涂距离的增大而降低；在喷涂距离达到一定程度时，所得到的涂层经机械刮擦的方法测试容易脱落，这种类型的涂层大多由已经凝固的固态颗粒堆积在基体表面形成，结合强度较低，属于HF-5～HF-6级，不易观察到涂层的剖面；随着初始充电电压的升高，获得液态凝固特征喷涂层的最大喷涂距离减小，对于这种情况出现的原因还没有确切的认识，有待进一步的研究。