电爆喷涂过程参数与涂层性质的关系

摘要

电爆喷涂技术是指给金属丝状喷涂材料施加脉冲高电压，使之发生爆炸，其爆炸产物在爆炸冲击力作用下高速向周围溅射，与基体材料表面结合形成涂层的表面技术。电爆喷涂可使用难熔金属如钨、钼作喷涂材料，尤其适合于喷涂工件的内表面。 电爆喷涂过程中，施加在金属丝上的放电电压，金属丝与基体之间的喷涂距离，丝状喷涂材料的几何尺寸，喷涂基体的表面性质等因素，都会对涂层的质量和结合强度产生影响。为系统认识它们之间的关系，利用高压电场中金属丝段与丝段式电爆设备，在不同的放电电压和喷涂距离下，进行系列金属丝段电爆喷涂试验，结合电爆涂层的显微分析，认识电爆喷涂过程参数与涂层性质之间的关系。 通过改变金属丝长度和电极间电压，进行系列金属丝段电爆喷涂试验，制备出距电爆中心不同距离的电爆涂层。认识到当空气间隙达到3～5mm左右时，电爆喷涂效果明显，这样就可以在特定的电场距离下对金属丝长度进行合理的选择。金属丝长度的变化对涂层的附着面积亦有影响，随着电场间距跟金属丝长度同时减小，喷涂在基体上的涂层范围有所增加。 改变电压、喷涂距离等参数，得到了4种不同类型的涂层，熔融粒子喷涂层，固态颗粒堆积层，气相沉积层，气相堆积层。其中熔融粒子喷涂层与气相沉积层的结合强度较高，有工业应用价值。对电爆喷涂实验所得涂层进行研究发现，随着输入到金属丝的放电电压的增加，爆炸产物由熔融粒子涂层向气相沉积涂层转变。喷涂距离是决定涂层性质关键过程参数，形成气相沉积涂层所要求的喷涂距离很短，而熔融粒子喷涂层可以在较大范围的喷涂距离上获得。 通过改变不同的会属丝直径发现，随着金属丝直径的增大，金属丝的体积、质量将会发生平方级的增长，单位体积的能量变的很小。从而得到的涂层粒度从1μm～5μm不断增大，涂层的表面形貌也由细小颗粒的团聚体—致密—疏松几种形态转变。 利用扫描电镜（SEM）对喷涂试样进行截面形貌的观测，观测涂层与基体结合处的表面形貌，以及涂层和基体的结合情况。从涂层中的孔隙率、界面结合、颗粒变形堆垛情况等三个方面研究了涂层性质。粉末颗粒在能量较低的时候一般以液滴状的形式喷射到基体表面形成涂层；能量较高的时候，电爆炸产生的细小的粒子会沉积到基体表面形成涂层。同时形成的界面结合紧密，结合强度高，孔隙率较低。由于堆垛不均匀，存在1μm～2μm的缺陷。 通过对四种不同类型涂层下的能量密度进行了计算分析，归纳了形成各种涂层大概的能量密度范围。随着输入到金属丝的能量密度的增加，爆炸产物中熔融粒子所占份额逐渐减少，而气相成分逐渐增多。同时认识到电爆喷涂过程中，对于特定的喷涂材料，施加在单位体积喷涂材料的放电电能量的大小直接决定了爆炸形成的微粒大小、速度和温度。 用罗氏线圈采集了电爆炸过程中的电压、电流波形。通过分析波形，对放电过程中电压、电流的变化，放电时间的长短，以及此过程中的瞬时能量有了一定的认识。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1电爆喷涂研究概述

1.1.1电爆喷涂的概念

1.1.2电爆喷涂的特点

1.1.3电爆喷涂过程

1.1.4电爆喷涂的应用现状

1.2电爆喷涂研究进展

1.2.1电爆喷涂机理

1.2.2国内外电爆喷涂的研究现状

1.2.3电爆喷涂技术研究进展

1.3课题的研究意义、研究目标和研究内容

1.3.1研究意义

1.3.2研究目标

1.3.3研究内容

第2章电爆喷涂设备及研究方法

2.1电爆喷涂设备

2.1.1电爆喷涂设备的工作原理

2.1.2可调节位置的喷涂装置

2.1.3喷涂基体

2.2电爆喷涂试验方法

2.3本章小结

第3章电爆喷涂过程参数对涂层性质的影响

3.1引言

3.2金属丝长度与电爆涂层的关系

3.2.1试验方法

3.2.2试验结果

3.2.3讨论

3.3放电电压、喷涂距离与电爆涂层的关系

3.3.1放电电压对电爆的影响

3.3.2试验方法

3.3.3试验结果

3.3.4讨论

3.4金属丝直径的影响

3.4.1试验方法

3.4.2试验结果

3.4.3讨论

3.5电爆喷涂层的截面形貌

3.5.1截面形貌

3.5.2结合层形态

3.5.3界面结合

3.5.4涂层中的孔隙

3.6本章小结

第4章电爆喷涂过程中的能量密度及电流电压波形

4.1引言

4.2电爆喷涂过程中的能量密度

4.2.1各种涂层的能量密度

4.2.2讨论

4.3电爆过程中的电压电流波形分析

4.3.1 Rogowski线圈

4.3.2波形测量结果及讨论

4.4本章小结

第5章问题与展望

5.1电爆喷涂存在的问题

5.2展望

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文