爆炸噴涂（爆炸噴涂）

簡介

爆炸噴涂的最大特點是粒子飛行速度高，動能大，所以爆炸噴涂涂層具有：第一，涂層和基體的結(jié)合強度高。第二，涂層致密，氣孔率很低。第三，涂層表面加工后粗糙度低。第四，工件表面溫度低。在爆炸噴涂中，當乙炔含量為45 %時，氧—乙炔混合氣可產(chǎn)生3140 ℃的自由燃燒溫度，但在爆炸條件下可能超過4200 ℃，所以絕大多數(shù)粉末能夠熔化。粉末在高速槍中被輸運的長度遠大于等離子槍，這也是其粒子速度高的原因。爆炸噴涂可噴涂金屬、金屬陶瓷及陶瓷材料，但是由于該設(shè)備價格高，噪音大，屬氧化性氣氛等原因，國內(nèi)外應(yīng)用還不廣泛。目前世界上應(yīng)用最成功的爆炸噴涂是美國聯(lián)合碳化物公司林德分公司1955年取得的專利。我國于1985年左右，由中國航天工業(yè)部航空材料研究所研制成功爆炸噴涂設(shè)備，就Co/WC涂層性能來看，噴涂性能與美國聯(lián)合碳化物公司的水平接近。

特點

爆炸噴涂的特點：爆炸噴涂最大的特點就是以突然爆炸的熱能加熱融化噴涂材料，并利用爆炸沖擊波產(chǎn)生的高壓把噴涂粉末材料高速噴射到工件基體表面形成涂層，其主要優(yōu)點如下。

（1）可噴涂的材料范圍廣，從低熔點的鋁合金到高熔點的陶瓷，粉末粒度為10~120μm。

（2）工件熱損傷小。因為爆炸噴涂是脈沖式的，每次受熱氣流和顆粒沖擊時間短，氮氣對工件又起冷卻作用，工件溫度低于200℃，所以基體熱損傷小，不會產(chǎn)生變形和相變。

（3）涂層的厚度容易控制，加工余量小，維修操作方便。

（4）爆炸噴涂涂層的粗糙度低，可能低于1.60μm，經(jīng)磨削加工后粗糙度可達0.025μm.

(5)噴涂過程中，碳化物及碳化物基粉末材料不會產(chǎn)生碳分解和脫碳現(xiàn)象，從而能保證涂層組織成分與粉末成分的一致性。

（6）氧氣的消耗少，運行成本低。

研究歷史

20 世紀50 年代初期，美國聯(lián)合碳化物公司利德分公司發(fā)明了粉末爆炸噴涂（簡稱爆炸噴涂）技術(shù)，申請了專利，并于1953 年投入生產(chǎn)。但他們只在本公司內(nèi)為用戶提供制備涂層的服務(wù)，而不出售該技術(shù)和設(shè)備，并且至今沒有發(fā)表過關(guān)于該技術(shù)的任何論文。到上世紀60 年代，前蘇聯(lián)烏克蘭科學(xué)院材料研究所和焊接研究所開始研究爆炸噴涂技術(shù)，并研制出一系列的爆炸噴涂設(shè)備。由于此技術(shù)有一定的危險性，且技術(shù)難度大，所以其它國家沒有進行該技術(shù)的研究。90年代蘇聯(lián)解體后，烏克蘭科學(xué)院與中國鈦得公司合作開發(fā)產(chǎn)品，使該技術(shù)公開化。俄羅斯、烏克蘭材料所和焊接所開始向外出售該技術(shù)和設(shè)備。1970 年，我國的航天部六二一所也成功研制出了爆炸噴涂設(shè)備，但由于性能與烏克蘭的設(shè)備相差較大，所以國內(nèi)使用的爆炸噴涂設(shè)備大多是從烏克蘭和俄羅斯引進的。目前約有近10 臺爆炸噴涂設(shè)備在國內(nèi)開始使用。

原理

爆炸噴涂是利用氣體爆炸產(chǎn)生高能量，將噴涂粉末加熱加速，使粉末顆粒以較高的溫度和速度轟擊到工件表面形成涂層。噴涂時，先將一定壓力、比例的氧氣和乙炔由進氣口通入水冷噴槍內(nèi)腔，然后由供粉口將粉末送入，接著火花塞點火，氧氣和乙炔的混合氣體燃燒并爆炸，產(chǎn)生高溫高速氣流，將粉末加熱，并以高速（超過音速約3 倍）撞擊到基材表面，形成涂層，通入氮氣清理槍管，為下一次噴涂做準備。如此重復(fù)進行^[1]。

發(fā)展趨勢

爆炸噴涂的高質(zhì)量涂層已得到廣泛的認可，但爆炸噴涂涂層仍然存在問題，涂層和基體的熱膨脹系數(shù)不同，容易造成涂層的開裂和剝落。發(fā)展梯度涂層，雖然可使涂層之間及涂層和基體的膨脹系數(shù)差縮小，降低熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力，但難度挺大，發(fā)展十分緩慢。另外隨著工業(yè)的發(fā)展，對涂層性能的要求越來越高，需要發(fā)展性能更高的涂層。

近年來，納米技術(shù)得到飛速發(fā)展。納米材料的前景是廣闊的，但目前由于技術(shù)原因，除了少數(shù)幾個方面（如燒結(jié)納米結(jié)構(gòu) WC-Co 制造石油和鉆探領(lǐng)域中的刀頭），總的來說還處在納米粉體的研究和制備階段。噴涂技術(shù)為納米材料的研究和應(yīng)用提供了一個新的發(fā)展方向，其中爆炸噴涂尤為適合噴涂納米材料。納米微粒的熔點和晶化溫度均比常規(guī)粉體低得多。采用等離子噴涂方法，容易使納米微粒長大而失去納米材料的特性。超音速噴涂雖然可保持微粒的納米尺寸，涂層的結(jié)合強度和致密度與爆炸噴涂相當，但設(shè)備的投資大，且束流周沿的低速低溫微粒的直徑是爆炸噴涂的5 -10 倍，涂層性能均勻性不如爆炸噴涂，對工件造成的熱損傷也比爆炸噴涂大。爆炸噴涂納米粉末時，由于粉末尺寸較小，粉末顆粒更容易被加熱到熔化狀態(tài)，可以提高涂層與基體的結(jié)合強度，涂層的致密度也將大大提高。同時粉末顆粒撞擊到工件表面時，將急劇冷卻，避免了納米顆粒的長大，保護了涂層的納米特性。