电爆炸发生机理及其对喷涂涂层的影响规律研究

项目针对电爆炸发生机理及其对喷涂涂层的影响展开研究，从机理上弄清喷涂影响因素和涂层性能参数间的内在联系，对于确定电爆炸喷涂工艺条件具有重要意义。主要研究内容为：①通过对电爆炸发生机理进行研究，确定电爆炸爆发的临界条件，研究输入能量及能量输入方式、爆炸丝的材料参数（材质和尺寸参数）等对临界状态的影响；②对电爆炸临界爆发时爆炸丝的多相共存状态进行研究，研究在爆发点爆炸丝的气液共存状态对涂层的影响；③研究电爆炸冲击波在大气介质中的传播特性，即冲击波的压力、速度等随传播距离的变化及其沿爆炸丝长度方向的强度分布，研究波后液滴粒子速度随传播距离的变化，研究冲击波的反射波对液滴飞溅的扰动影响，从而确定冲击波对涂层的影响；④在上述研究的基础上，从机理上建立喷涂条件参数（输入能量及能量输入方式、材料参数等）与涂层性能参数（结合强度、硬度、致密性、厚度等）之间的内在联系及其各参数的影响规律和影响敏度。

项目以钼丝电爆炸为主要研究对象，对电爆炸发生过程中基于热力学模型的电热发生机理进行了研究。计算了其在电爆炸过程中的热力学特性参数，得到了电阻、沉积能量与时间的关系。测量了钼丝在不同输入能量情况下电爆炸过程中的电流、电压、电阻、沉积能量和时间的关系。研究表明，由于电爆炸喷涂的“慢爆炸”特性，现有的热力学模型的理论计算结果与实际相去较远，因此，本项目提出了基于金属丝膨胀半径的热力学修正模型，使修正后的理论计算结果与实测结果吻合较好。.项目采用实验测试的方法确定了钼丝的爆炸发生时刻为电流、电阻突然终止时刻，约为230μs左右。通过电爆炸过程电学特性参数测试结合热力学机理分析，根据金属丝沉积能和欧姆加热相变能量间的关系，确定了电爆炸过程中金属丝的开始熔化时刻、熔化结束时刻和开始汽化时刻等特征时刻点。在此基础上，根据沉积能和汽化吸收热量间的关系，确定了电爆炸发生时刻的金属丝汽液两相比例。并对钼丝和高碳钢丝电爆炸产生的金属液滴进行了收集，对其粒径进行了测量和分析。.研究了能量对电爆炸喷涂的影响，对金属丝尺寸参数一定的情况下，不同输入能量和不同能量输入方式条件下钼丝和高碳钢丝电爆炸过程中沉积能量与时间的关系进行了分析，制备了不同输入能量和不同能量输入方式情况下的涂层，并对涂层性能进行了测试，在此基础上研究了输入能量对涂层性能的影响。研究表明，输入能量增大，电爆炸液滴粒径减小，粒径分布更集中，液滴在基体的铺展更充分，形成涂层孔隙减少，涂层厚度分布更均匀，粗糙度减小。能量输入方式对金属丝上的沉积能量有影响，其影响与材料有关，其对涂层性能有影响。相对而言，低电压大电容条件下喷涂涂层的综合性能较好。.进行了钼丝在输入能量及方式一定的情况下不同长度、直径和喷涂距离条件下的喷涂试验，制备了涂层，并分析了长度和直径变化对钼丝单位体积上沉积能量的影响。研究表明，长度、直径减小，单位体积上的沉积能量增大，爆炸更充分，气化比例提高，涂层平均厚度和表面粗糙度减小，平均硬度增大。.对电爆炸产生的冲击波进行了测量，冲击波的传播速度决定了波后液滴粒子的飞溅速度。冲击波对涂层质量的影响是综合性的，主要原因是输入能量大，则爆炸产生冲击波的压力和速度大，但液滴粒径小，汽化比例高。输入能量小，则爆炸产生冲击波的压力和速度较小，液滴粒径大，汽化比例小。