第4期 朱亮等：電爆過程中能量密度與爆炸產物變化的關系 49 電爆過程中能量密度與爆炸產物變化的關系* 朱 亮，朱 錦，畢學松 （蘭州理工大學 甘肅省有色金屬新材料省部共建國家重點實驗室，蘭州 730050） 摘 要： 電爆應用于材料噴涂有獨特優勢。電爆過程中爆炸產物的特性及其演變直接影響涂層質量。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，調節沉積在金屬絲上的能量密度，進行系列電爆試驗； 同時，利用探針收集電爆過程中的產物并進行顯微分析。結果表明，金屬絲電爆最初產物中含有液相和氣相，隨著膨 脹距離的增大轉變為固相。當基體處在爆炸產物未凝固的膨脹距離內，可得到液相噴涂層或氣相噴涂層。提高能量密 度可以提高產物中氣相的膨脹距離，同時減少產物中液相成分所占比例。當能量密度大于125 J/mm 3，爆炸產物中液 相成分可達5 %，氣相膨脹距離約為9.5 mm。 關鍵詞： 絲段式電爆；能量密度；氣相膨脹距離；氣相沉積 中圖分類號： O38(TB12); TG174.444 文獻標識碼： A 文章編號： 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特的優點 [1,2] 。電 爆噴涂過程對基體材料的熱影響很小，可獲得基體 結合好且致密的涂層，特別適于高熔點材料的噴涂。 絲電爆噴涂的試驗研究表明，根據電爆金屬絲 上沉積的能量密度的不同，可獲得兩種類型的涂 層：當能量密度較低時，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，金屬 收稿日期：2010–02–25；修回日期：2010–03–24 基金項目：*國家自然學基金項目資助（50775105） 作者簡介：朱亮(1964 —)，男(漢)，甘肅高臺人，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]。從噴涂過程的本質來看，金屬絲在電爆 過程所形成的產物，也就是在形成涂層前的物相狀 態，決定了涂層性質。認識電爆過程中產物的性質 與輸入到金屬絲上的能量的關系，對有效控制電爆 工藝中涂層的質量，有著直接的實用價值。 傳統的電爆過程產物形成機制認為，金屬絲中 流過大電流，靠電阻熱加熱直到熔化或氣化，隨后 快速膨脹發生氣體放電。根據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 驗發現，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 實驗數據無法解釋。進而認為當金屬絲獲得高密度 能量時，會發生非平衡過程 [4]。這就意味著金屬絲 在電爆過程中會以不同能量狀態物質形態同時存 在，施加在金屬絲上的能量要以不同的方式耗散。 也就是說，金屬爆炸產物中，氣相和液相成分會同 時出現，金屬絲上沉積能量的不同會使爆炸產物中 氣相液相成分所占的比例發生變