第4期 朱亮等：電爆過程中能量密度與爆炸產(chǎn)物變化的關(guān)系 49 電爆過程中能量密度與爆炸產(chǎn)物變化的關(guān)系* 朱 亮，朱 錦，畢學(xué)松 （蘭州理工大學(xué) 甘肅省有色金屬新材料省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050） 摘 要： 電爆應(yīng)用于材料噴涂有獨(dú)特優(yōu)勢。電爆過程中爆炸產(chǎn)物的特性及其演變直接影響涂層質(zhì)量。利用高壓電場中 金屬絲段電爆方法，通過改變初始充電電壓和金屬絲的直徑，調(diào)節(jié)沉積在金屬絲上的能量密度，進(jìn)行系列電爆試驗(yàn)； 同時(shí)，利用探針收集電爆過程中的產(chǎn)物并進(jìn)行顯微分析。結(jié)果表明，金屬絲電爆最初產(chǎn)物中含有液相和氣相，隨著膨 脹距離的增大轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔唷．?dāng)基體處在爆炸產(chǎn)物未凝固的膨脹距離內(nèi)，可得到液相噴涂層或氣相噴涂層。提高能量密 度可以提高產(chǎn)物中氣相的膨脹距離，同時(shí)減少產(chǎn)物中液相成分所占比例。當(dāng)能量密度大于125 J/mm 3，爆炸產(chǎn)物中液 相成分可達(dá)5 %，氣相膨脹距離約為9.5 mm。 關(guān)鍵詞： 絲段式電爆；能量密度；氣相膨脹距離；氣相沉積 中圖分類號(hào)： O38(TB12); TG174.444 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1007–9289(2010)04–0065–05 Correlation Between Energy Density and Variation of Products in Wire Explosion ZHU Liang, ZHU Jin, BI Xue–song (State Key Laboratory of Gansu Advanced Non–ferrous Metal Materials, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050) Abstract: Electrical explosion of wire has unique advantage in material spraying. The features and evolution of the explosion products have a direct impact on the quality of the coating. A series of experiments of electrical explosion were conducted in a segmented wire explosion setup，in which the energy density of wire is adjusted through variations of initial charging voltages and diameter of wire. Experiments results show that the initial explosion products consist of liquid and gas which will turn into solid as the spray distance increase. Coating consists of gas or liquid will be obtained if the base is in the distance where explosion products have not solidified. The increase of energy density, to some extent, can increase the expanding distance of vapor deposition and reduce the proportion of liquid. When energy density is greater than 125 J/mm 3, the proportion of liquid in explosion products is 5 % and the expanding distance of vapor phase is 9.5 mm. Key words: segmented wire electrical explosion; energy density; expanding distance of vapor phase; vapor deposition 0 引 言 絲電爆方法在超細(xì)粉制備和表面噴涂上有著廣 泛用途，尤其用于表面噴涂具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) [1,2] 。電 爆噴涂過程對基體材料的熱影響很小，可獲得基體 結(jié)合好且致密的涂層，特別適于高熔點(diǎn)材料的噴涂。 絲電爆噴涂的試驗(yàn)研究表明，根據(jù)電爆金屬絲 上沉積的能量密度的不同，可獲得兩種類型的涂 層：當(dāng)能量密度較低時(shí)，金屬絲熔化后的熔滴噴射 到基體上形成液相噴涂層；能量密度較高時(shí)，金屬 收稿日期：2010–02–25；修回日期：2010–03–24 基金項(xiàng)目：*國家自然學(xué)基金項(xiàng)目資助（50775105） 作者簡介：朱亮(1964 —)，男(漢)，甘肅高臺(tái)人，教授，博士。 絲氣化后的蒸氣沉積在基體上形成氣相沉積層 [3]。 許多的電爆噴涂研究獲得的涂層，主要以液相噴涂 層為主 [1]。從噴涂過程的本質(zhì)來看，金屬絲在電爆 過程所形成的產(chǎn)物，也就是在形成涂層前的物相狀 態(tài)，決定了涂層性質(zhì)。認(rèn)識(shí)電爆過程中產(chǎn)物的性質(zhì) 與輸入到金屬絲上的能量的關(guān)系，對有效控制電爆 工藝中涂層的質(zhì)量，有著直接的實(shí)用價(jià)值。 傳統(tǒng)的電爆過程產(chǎn)物形成機(jī)制認(rèn)為，金屬絲中 流過大電流，靠電阻熱加熱直到熔化或氣化，隨后 快速膨脹發(fā)生氣體放電。根據(jù)施加在金屬絲上能量 的大小，金屬絲可形成氣相或液相。但是絲電爆試 驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果把絲電爆過程看作是平衡過程，有些 doi: 10.3969/j.issn.1007 −9289.2010.04.015 第23卷 第4期 中 國 表 面 工 程 Vol.23 No.4 2010 年 8 月 CHINA SURFACE ENGINEERING August 2010 66 中 國 表 面 工 程 2010年 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法解釋。進(jìn)而認(rèn)為當(dāng)金屬絲獲得高密度 能量時(shí)，會(huì)發(fā)生非平衡過程 [4]。這就意味著金屬絲 在電爆過程中會(huì)以不同能量狀態(tài)物質(zhì)形態(tài)同時(shí)存 在，施加在金屬絲上的能量要以不同的方式耗散。 也就是說，金屬爆炸產(chǎn)物中，氣相和液相成分會(huì)同 時(shí)出現(xiàn)，金屬絲上沉積能量的不同會(huì)使爆炸產(chǎn)物中 氣相液相成分所占的比例發(fā)生變