專利名稱：電爆炸高速噴涂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域中的熱噴涂設(shè)備，尤其是在基材表面涂覆超細(xì)晶、納米晶的電爆炸高速噴涂裝置。
采用熱噴涂技術(shù)，可使基材在耐磨性，耐蝕性，耐熱性和絕緣性等各方面的性能得到改善，即可作為預(yù)保護技術(shù)應(yīng)用于新品制造，又可作為維修手段用于舊件修復(fù)，目前包括航空、航天、原子能設(shè)備、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域，熱噴涂技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟效益。
所謂熱噴涂技術(shù)，就是為了改善基體材料的性質(zhì)，利用某種熱源把噴涂材料熔融，并噴向基體材料的表面而形成各種涂層的一種技術(shù)，大體上可分為火焰噴涂、爆炸噴涂、超音速噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和激光噴涂等，傳統(tǒng)的熱噴涂技術(shù)如電弧噴涂、火焰噴涂等均為利用可燃?xì)怏w的燃燒火焰將噴涂材料加熱，使其在熔融或接近熔融的狀態(tài)下噴向基體材料表面而形成涂層或利用在噴涂材料之間產(chǎn)生電弧，因電弧產(chǎn)生的熱能使噴涂材料逐步溶化，溶化部分被壓縮空氣氣流噴向基體表面形成涂層，上述的熱噴涂雖為最常用的噴涂方法，但卻存在一些難以克服的缺陷，如噴涂速度低；涂層與基體的結(jié)合強度較低；難熔一些高熔點材料；一般不能制備超細(xì)晶、納米晶涂層；因使用可燃?xì)怏w具一定的不安全性，激光或電子速的表面熔覆雖可以制備出超細(xì)晶涂層，但由于光斑較小，需反復(fù)掃描，在熔覆過程易發(fā)生橋接現(xiàn)象(橋接面主要靠Vander Walls力連接，結(jié)合力較弱)。爆炸噴涂是由美國發(fā)明的一項技術(shù)難度大、工藝性能強的新技術(shù)。它分為燃?xì)獗ê碗姳▋煞N，其特點是熔融粒子速度大(超音速)并產(chǎn)生沖擊波使涂層更加致密，孔隙率更低，從而得到了結(jié)合強度高、硬度高、抗磨損能力強的涂層，在國外被廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域，與常規(guī)涂層相比較，有爆炸噴涂涂層的工件，其使用壽命至少提高3倍以上，但仍存在設(shè)備系統(tǒng)制造復(fù)雜，投資費用高，技術(shù)難度大等缺陷。
為達到上述目的，本實用新型的電爆炸高速噴涂裝置，由產(chǎn)生大電流的電路和控制裝置組成，特別是產(chǎn)生大電流的電路回路中的斷開狀電極設(shè)在一支架上。
本實用新型的電爆炸高速噴涂裝置，能熔任何導(dǎo)電材料，爆炸時噴濺的顆粒細(xì)微，粒度均勻，熔融粒子的速度可達500-3000m/s，可在工件處于常溫狀態(tài)下或在大氣中或在壓力真空狀態(tài)下，對工作的內(nèi)外表面進行涂覆，所形成的超細(xì)晶、納米晶涂層的氣孔率低并與基材結(jié)合強度大，噴涂設(shè)備較簡單，成本低。
圖2為本實用新型的電爆炸室的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
所述的斷開狀電極2為一對或多對；每對電極2的兩個相對端之間的斷開距離，可根據(jù)爆炸箔5的長度尺寸或電爆炸室3內(nèi)壁的橫向尺寸設(shè)定，爆炸箔5或絲的二個端點分別與該對電極2的相對斷開的兩個端點相連，使該對電極2由于爆炸箔5與其相連而由斷開狀變?yōu)檫B接狀，當(dāng)電路為閉和時，在電路中產(chǎn)生沖擊大電流，使爆炸箔5或絲在瞬間(幾十微秒至幾百微秒內(nèi))產(chǎn)生電爆炸，爆炸產(chǎn)生的融熔粒子噴射速度可達500-3000m/s，形成超細(xì)晶、納米晶涂層，如需同時或間隔噴涂不同種類的涂層材料或同種類的涂層材料需重復(fù)噴涂時，可設(shè)置多對電極2，每對電極2按設(shè)定的時間順序可同時或先后產(chǎn)生電爆炸，使得原需反復(fù)進行多次噴涂才能達到涂層的技術(shù)要求，變?yōu)橹恍柽M行一次操作既可完成。
所述的帶電極2的支架1置于一容器8內(nèi)；該容器8為一可封閉的罐或箱，帶電極2的支架1及工件4均置于該罐或箱中。
所述的帶電極2的支架1置于一容器8內(nèi)，容器8為一可密閉的容器，容器8與真空機(圖中未示出)連接，真空機與容器8之間設(shè)有截止閥門9；在噴涂過程中，易高溫氧化的涂層材料因電爆炸而產(chǎn)生的融熔粒子在飛行中會與大氣中的氧氣接觸發(fā)生反應(yīng)，從而造成涂層中含有氧化物，所以，使用此類涂層材料時，可將容器8密閉，打開截止閥門9，啟動真空機，將容器8抽為真空(真空度最高4×10-4pa)，或?qū)⑷萜?內(nèi)充入保護性的惰性氣體并具一定壓力，便可制備出高質(zhì)量的涂層，對于其它不易高溫氧化的涂層材料，則可在大氣中直接進行噴涂，無需使用真空機，帶電極2的支架1及工件4均置于該容器8內(nèi)。
所述的電極2上設(shè)有電爆炸室3，該電爆炸室3為具有通孔的厚壁物，通孔的橫向最小尺寸應(yīng)大于或等于兩電極之間的距離；電爆炸室3為絕緣材料制成，設(shè)置在電極2的上方，其內(nèi)部形狀為矩形或筒型中空通孔狀，底口位于電極2的上方，開口與待加工的工件4相對，該爆炸室3的內(nèi)壁橫向尺寸可根據(jù)具體使用情況設(shè)定，最佳尺寸為大于或等于兩電極之間的距離，當(dāng)電爆炸產(chǎn)生時，電爆炸室3約束融熔粒子的飛行方向，起到噴射腔的作用，使融熔粒子從其開口處向外噴射到與其相對的工件4表面。
所述的電極2下設(shè)有一沖擊裝置；該裝置設(shè)置在電極2的下方，該裝置在涂層材料通電產(chǎn)生爆炸并形成涂層的同時對工件4基體表面的涂層直接施加一個平面高速沖擊，使涂層以極快的速度冷卻(冷卻速度在108～104℃/s內(nèi))，得到更為致密、沒有氣孔、高光潔度的涂層。
所述的沖擊裝置為一感應(yīng)線圈7，感應(yīng)線圈7上設(shè)有一磁性金屬塊6，沖擊面為高光潔度；沖擊用金屬塊6的沖擊面為高光潔度，該金屬塊的橫向尺寸略小于爆炸室3內(nèi)壁的橫向尺寸，設(shè)置在電極2的下方，其縱向中心線與爆炸室3通孔的中心線相吻合，該金屬塊為磁性金屬塊，并設(shè)置在感應(yīng)線圈7上方，當(dāng)感應(yīng)線圈7通電時，在瞬間產(chǎn)生強電磁力，所產(chǎn)生的強電磁力驅(qū)動該金屬塊高速向前運動，直接沖擊涂層表面，使涂層更為平整、致密、沒有氣孔。
所述的沖擊裝置為一電爆炸箔5，電爆炸箔5上為一非金屬塊或片，沖擊面為高光潔度；在電極2的下方設(shè)置一對或多對電極，爆炸箔上放置一沖擊面為高光潔度的非金屬塊或片，爆炸箔通電產(chǎn)生的爆炸沖擊波推動非金屬塊或片高速向前運動，直接沖擊涂層表面，所產(chǎn)生的效果與電感應(yīng)線圈7驅(qū)動金屬塊6直接沖擊涂層表面的效果相同，并且與涂覆時的電爆炸可達到極佳的動態(tài)響應(yīng)。
所述的電極2可以距一定間距直線設(shè)置，也可按一定間距曲線狀或空間立體設(shè)置；根據(jù)所需進行噴涂工件4的形狀、數(shù)量、及涂層的部位(外部或中空的內(nèi)壁)設(shè)置電極2的排列位置，電極2的排列可采用直線排列或曲線排列或空間立體(既環(huán)繞工件四周的上下左右方位)排列，非常適于對不同形狀的工件或工件的不同部位進行噴涂。
上述的電爆炸高速噴涂裝置，能夠顯著提高涂層與基體的結(jié)合強度，可制備超細(xì)晶(晶粒直徑0.1～10μm)納米晶(晶粒直徑≤100nm)涂層，能在金屬和非金屬工件的內(nèi)外表面進行噴涂，成本較低，沒有環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
權(quán)利要求1.一種電爆炸高速噴涂裝置，包括生產(chǎn)大電流的電路和控制裝置，其特征在于電路中的斷開狀電極(2)設(shè)在一支架(1)上。
2.按權(quán)利要求1所述的噴涂裝置，其特征在于所述的斷開狀電極(2)為一對或多對。
3.按權(quán)利要求1或2所述的噴涂裝置，其特征在于所述的帶電極(2)的支架(1)置于一容器(8)內(nèi)。
4.按權(quán)利要求3所述的噴涂裝置，其特征在于所述的容器(8)為一可密閉的容器，容器(8)與真空機連接，真空機與容器之間設(shè)有截止閥門(9)。
5.按權(quán)利要求1或2所述的噴涂裝置，其特征在于電極(2)上設(shè)有電爆炸室(3)，該電爆炸室(3)為具有通孔的厚壁物，通孔的橫向最小尺寸應(yīng)大于或等于兩電極之間的距離。
6.按權(quán)利要求3所述的噴涂裝置，其特征在于電極(2)上設(shè)有電爆炸室(3)，該電爆炸室(3)為具有通孔的厚壁物，通孔的橫向最小尺寸應(yīng)大于或等于兩電極之間的距離。
7.按權(quán)利要求1或2所述的噴涂裝置，其特征在于電極(2)下放設(shè)有一沖擊裝置。
8.按權(quán)利要求7所述的噴涂裝置，其特征在于所述的沖擊裝置為一感應(yīng)線圈(7)，感應(yīng)線圈(7)上設(shè)有一磁性金屬塊(6)，沖擊面為高光潔度。
9.按權(quán)利要求7所述的噴涂裝置，其特征在于所述的沖擊裝置為一電爆炸箔(5)，電爆炸箔上為一非金屬塊或片，沖擊面為高光潔度。
10.按權(quán)利要求1或2所述的噴涂裝置，其特征在于電極(2)可以距一定間距直線狀設(shè)置，也可按一定的間距曲線狀或空間主體設(shè)置。
專利摘要本實用新型公開了一種應(yīng)用于表面工程技術(shù)的電爆炸高速噴涂裝置，包括產(chǎn)生大電流的電路和控制裝置，關(guān)鍵是產(chǎn)生大電流的電路回路中的斷開狀電極設(shè)在一支架上，并且與該電極相配置的爆炸室及電磁脈沖加載裝置能有效地控制噴涂時的爆炸微粒向四周邊緣飛散的方向，并在形成涂層的同時，對基體表面的涂層直接施加一個平面高速沖擊，形成超微晶或納米晶涂層。本實用新型具有顯著的優(yōu)點，能熔任何導(dǎo)電材料或合金材料，受保護氣氛的影響小，其形成的涂層與基體結(jié)合的強度高、硬度高，設(shè)備較簡單，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
文檔編號B05B7/16GK2536316SQ0223511
公開日2003年2月19日 申請日期2002年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月8日
發(fā)明者劉宗德, 楊昆, 段鵬 申請人:華北電力大學(xué)(北京)