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丝电爆喷涂是利用瞬间高密度的脉冲电流将金属丝爆炸,在冲击波的作用下形成涂层,其喷涂过程是通过金属丝在两电极之间发生爆炸实现的,可实现喷涂装置小型化,为伸入管内进行喷涂提供了可能。目前,丝电爆喷涂方法用于圆管内壁喷涂的装置尚处于实验室研究阶段,最早是将金属丝固定在圆管的轴线上,实现管内壁的喷涂。这种方法是预先将金属丝固定在两电极之间,一次电爆后需重新固定金属丝,且必须保证电极与金属丝可靠接触才能导入大电流,这些都制约了丝电爆喷涂应用于管内壁喷涂的效率。 本文基于气体放电导入电流的连续丝电爆喷涂方法,设计用于圆管内壁丝电爆喷涂的装置,将镍丝胶粘在聚乙烯环带上,连续送进径向约束爆炸产物的聚乙烯梯形爆炸腔内,可实现不锈钢管内表面自动连续的径向喷涂。伸入管内喷涂装置的截面尺寸为25×20 mm,可适用于管径大于50 mm的圆管内壁的电爆喷涂。使用具有消融效应的聚乙烯制作爆炸腔,约束爆炸产物实现管内壁的定向喷涂。 以N6纯镍丝作为喷涂材料,在储能电容和每次电爆的镍丝长度一定的条件下,通过改变施加在金属丝上的初始充电电压、金属丝直径和喷涂距离,在不锈钢管内表面上进行镍丝电爆喷涂试验,结果表明: 在初始充电电压和镍丝直径不变的条件下,通过改变喷涂距离在不锈钢基体上进行镍丝电爆喷涂,合适的喷涂距离范围内可获得理想的涂层,在该喷涂距离范围内,适用的喷涂距离随能量密度的增加而增大,而特定能量密度所对应的适用喷涂距离范围大小变化不大。当喷涂距离过小,会发生电极与基体之间的放电现象,使涂层表面发生不均匀现象。随着能量密度的增加,涂层表面由熔融液滴的堆积向充分铺展的平整层过渡。能量密度小于130J/mm3时,涂层表面呈现大颗粒状疏松堆积;能量密度在130~340J/mm3范围内可获得表面均匀、与基体结合紧密的涂层;过大的能量密度,爆炸产物中气相成分显著增多,涂层表面均匀性降低且出现空洞。 镍丝电爆喷涂过程中,施加在镍丝上的能量密度决定爆炸产物的尺寸和涂层与基体的结合程度;喷涂距离决定了爆炸产物与基体碰撞时的温度和能量。合适的能量密度下,爆炸产物中熔融金属液滴尺寸较小且获得的初速度较大,在合理的喷涂距离下,到达基体与基体发生碰撞的温度高、撞击压力大,撞击后完全变形铺展到基体表面形成均匀致密、结合紧密的涂层。本文通过试验得到了各参数下适用的喷涂距离的范围,以及合适能量密度所对应的参数匹配关系。 通过对各初始充电电压下发生一次电爆电信号的测量发现,随初始充电电压的提高,丝电爆过程中导入金属丝的电流波形的峰值也随之增加,发生一次电爆的时间也随之越短。同时施加在金属丝上的真实能量密度也随之增加,但能量利用率却逐渐下降,初始充电电压超过11k V后,能量的利用率开始趋于稳定。