在工程中,常需对小口径管内壁如火炮管、枪管、汽车活塞缸等进行表面改性处理,增加其耐磨、耐高温、耐腐蚀等性能。常见的表面改性技术包括冷喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等,受喷枪尺寸及喷涂距离的限制,均难满足小口径管内壁涂层的制备。电爆炸喷涂是将大脉冲电流导入到喷涂材料上,通过喷涂材料的欧姆加热使其熔化、膨胀、爆炸、喷射沉积的过程,其喷涂距离小,具有在小口径管内壁制备涂层的优势。本文开发了一套适用于小口径长管内壁的连续电爆喷涂试验设备。该设备由载料杆传送装置、管状电爆炸枪、基体夹持及运动控制装置三部分构成。管状电爆枪置于圆管工件中,电爆炸枪端部安装两电极;高压发生器H.V.向储能电容器充电,电容器放电时通过导体在两电极间建立起高压电场;将粉体材料加入适量水制成浆料涂覆在载料杆上,在传送装置的传送下被依次送入电爆炸喷涂枪中;当粉体材料被传送至两电极之间,通过气体放电将大脉冲电流的导入到粉末材料上,粉体材料的欧姆热使得其瞬间熔化、膨胀、爆炸,冲击波将爆炸后的高温微粒高速喷射到管状工件表面形成涂层。管状工件通过控制器的精准控制可实现轴向及周向运动,实现涂层的搭接。使用上述设备,在初始电压为9 kV、11 kV、13 kV时,采用300目、800目、1200目及2000目的四种Ni60A合金粉末在不锈钢基体表面进行粉末电爆喷涂的工艺试验,研究粉末粒径、初始电压对涂层形成的影响。结果表明:在本试验参数范围内,粉末粒径越小、电压越高,电爆过程中能量沉积越多,获得的涂层结合强度越高。如在2000目、13 kV工艺条件下,可得到原子互扩散层厚度为5μm的冶金结合涂层,其结合强度根据VDI3198标准评定为HF~1级。分析认为:粉末电爆喷涂过程中,形成涂层的性能优劣主要取决于粉末上的能量沉积密度。通过罗氏线圈和高压探头对采集电爆过程中的电流电压波形进行分析,上述涂层的能量沉积率与粉末电爆过程的加热阶段有关。研究表明,粉末电爆过程中,随着粉末材料在电阻热作用下温度不断升高,在粉末材料颗粒间开始出现一定的电压降;喷涂材料温度不断增加,该电压逐渐增大,致使材料表面产生旁路放电现象;该电流阻碍了能量向粉末上沉积。通过减小粉末粒径或增大初始充电电压可延迟旁路电流的发生,增加粉末上的能量沉积率。