约束电爆炸管内壁喷涂的控制及过程分析

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电爆炸喷涂是热喷涂的一种,是基于对导体电爆炸现象的应用,衍生出的一种新的材料表面改性处理、维修、制造方法。与传统热喷涂方法相比具有成本低、环境友好、可以喷涂高熔点材料、工艺参数调整方便等优点,尤其适用于制备管孔内壁的涂层。但从目前的研究来看,约束电爆炸管内壁喷涂的喷涂效率和涂层质量均无法满足实际的工业生产需求,该方法仍然处于实验室研究阶段,为此本研究致力于将约束电爆炸管内壁喷涂的方法向实际应用推进。本研究结合对约束电爆炸喷涂的认识,开发出了一套适用于不同形式喷涂材料(丝、粉末、金属箔等),可以在小口径的长管内壁进行电爆炸喷涂的自动化设备,并针对传统的继电器控制系统接线复杂、功能改动困难的问题,设计了基于可编程控制器(PLC)的电爆炸管内壁喷涂控制系统。根据电爆炸管内壁喷涂的工作流程,确定了控制目标,设计了电爆炸管内壁喷涂控制系统的电气原理图。根据控制系统要求对元器件选型并接线,搭建了电爆炸管内壁喷涂控制系统,并通过PLC编程使得喷涂装置可以连续、自动的在管内壁喷涂出搭接符合要求的涂层。在电爆炸喷涂过程中,电参数对喷涂质量有着极其重要的影响,当喷涂材料上的沉积能量能够将材料充分加热熔化时,才能得到均匀致密的涂层。本文通过电路模拟的方法研究了电参数对金属丝电爆炸过程的影响,仿真结果表明通过增大充电电压和减少金属丝电感可以增加金属丝的沉积能量,提高喷涂质量;通过实验探究的方法对比了金属丝和粉末电爆炸过程中的异同点,并分析了粉末导体电爆炸过程中电流波形的两种表现形式和粉末导体的电流导入机制,提出可以通过降低粉末体系电阻的方法抑制粉末电爆炸过程中旁路电流的产生,使得粉末充分加热熔化,提高涂层质量。使用上述设计的电爆炸管内壁喷涂设备进行了Ti3SiC2粉末的电爆炸喷涂实验,并采集电爆炸过程中的电压电流波形,通过波形分析和实验结果对比的方法研究了不同粉末粒径、不同充电电压对电爆炸喷涂Ti3SiC2粉末材料喷涂质量的影响,提出了在Ti3SiC2粉末中加入一定量的石墨粉提高粉末导电性能,从而提高粉末沉积能量改善喷涂质量的方法,对Ti3SiC2粉末实现工业化应用有一定的指导意义。
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