爆炸喷涂专利技术分析

钱国庆

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 511530）

爆炸喷涂技术[1,2]由美国联合碳化物公司林德分公司在上世纪50 年代开发，随后引起各国的关注，目前，其与等离子喷涂技术、电弧喷涂技术、火焰喷涂技术是热喷涂技术最常见的四种喷涂技术。爆炸喷涂技术和其他喷涂技术相比，具有涂层结合强度高、孔隙率低、工件热损伤小、涂层均匀、厚度易控制等优点。本文从专利申请角度分析了典型的爆炸喷涂装置及其工艺。

1.液态燃料爆炸喷涂装置工艺

西北工业大学[3]针对气态燃料脉冲爆炸喷涂装置复杂的技术问题，本申请公开了一种液态燃料爆炸喷涂的装置：如图1液态燃料爆炸喷涂的装置剖视图所示，包括爆炸腔(1)，冷却腔(2)，粉末储备箱(3)，阀门(4)，火花塞点火器(5)，空气进气口(6)，空气分管道(71)，空气总管道(72)，喷油嘴(8)，第一单向阀(91)，高压油箱(10)，第二单向阀(92)，空气压缩机(11)，冷却水进口(12)，粉末喷口(13)，冷却水出口(14)，工件(15)。

本发明使用液态燃料，如汽油等，携带方便，安全；氧化剂使用空气，价格低廉，容易获取；空气以切向进气方式进入爆炸腔，燃料的掺混和雾化效果好；控制进气和喷油的方法是通过两个单向阀的两侧压力差的变化来实现的，这种方法称为自适应产生脉冲爆炸波技术，简化了装置；在爆炸腔中形成的高温高压环境的作用下，颗粒粉末快速融化，加速之后喷射到温度较低的工件表面形成涂层。由于脉冲爆炸的工作特性，喷涂工作时间长，连续性高，颗粒粉末的材料选择种类多，可用于多种材质的物件的表面处理，颗粒粉末与工件的结合强度高，工件涂层表面均匀致密，气孔率低。

图1 液态燃料爆炸喷涂的装置剖视图

2.管及孔内壁连续送丝电爆炸喷涂装置工艺

兰州理工大学[4]针对管及孔内壁爆炸喷涂的传送带抖动或断裂的技术问题，本申请公开了一种管及孔内壁连续送丝电爆炸喷涂装置，如图2：

图2 送丝电爆炸喷涂装置结构图

管及孔内壁连续送丝电爆炸喷涂装置的总装结构图所示，包括低压长型导电支撑体、高压长型导电支撑体、点胶机构、爆炸腔和丝传动机构，两长型导电支撑体的一端与储能电容器的两极连接且低压长型导电支撑体与储能电容器的低压端相连，高压长型导电支撑体与储能电容器的高压端相连，另一端设有爆炸腔11，爆炸腔11 能随两长型导电支撑体伸入零件内孔或管道内腔中，所述点胶机构包括点胶机3 和支撑块6，金属丝1 经点胶机3 点胶后粘贴于传送带5 的中线位置，传送带5 紧贴支撑块6 的走带面，经丝传动机构带动连续送入爆炸腔11 中，低压电极9 与高压电极10 能通过气体放电，使经过低压电极9 与高压电极10 之间的金属丝1 发生连续爆炸，爆炸产物定向的喷涂到基体表面，从而形成涂层。

本发明的爆炸腔可随两长型导电支撑体伸入口径最小为40mm 为管件内部进行喷涂，同时，爆炸腔在喷射方向上开有喷射口且喷射口处两内壁的夹角可随喷涂量及涂层结合强度的变化进行调节，而且采用自动点胶的方法将金属丝可靠地粘贴在传送带上，使金属丝连续送入爆炸腔中，实现了自动化连续喷涂。

3.粉末的电爆炸喷涂装置工艺

宁波大学[5]针对电爆炸喷涂无法使用非金属材料的技术问题，本申请公开了一种粉末的电爆炸喷涂装置。

图3 粉末的电爆炸喷涂装置示意图

如图3 所示，粉末的电爆炸喷涂装置包括下端开口的金属支座1 和用于放置待喷涂工件的底座2，金属支座1 设置有内腔11，金属支座1 倒扣在底座2 上，底座2 上设置有与内腔11 相连通的工件取放通道21，金属支座1 与底座2 之间设置有多片绝缘的调整垫片3，金属支座1 上横向设置有绝缘套管4，绝缘套管4 内的两端均设置有电极5 和金属连接片41，电极5 上连接有脉冲大电流发生电路，绝缘套管4 内一体设置有台阶，金属连接片41 顶在台阶上，两个金属连接片41 之间灌装有喷涂粉末6，喷涂粉末6 内埋有起爆金属丝7，起爆金属丝7穿过金属连接片41 且位于金属连接片41 与电极5 之间，电极5 上设置有定位凸台51，电极5 上套接有绝缘连接套52，绝缘连接套52 顶在定位凸台51 上，绝缘套管4 外套设有绝缘套筒8，绝缘连接套52 与绝缘套筒8 相螺接，绝缘套筒8 上位于内腔11 部分设置有喷涂开口81，金属支座1 外设置有绝缘外壳12，金属支座1 的内侧位于绝缘套筒8 下方的部分设置有绝缘衬套13。

本申请的两电极之间灌装有喷涂粉末，喷涂粉末内埋有起爆金属箔或起爆金属丝，并与两个电极固定连接，喷涂时，电极先对埋在喷涂粉末中的起爆金属丝/箔放电，随着起爆金属丝/箔在冲击大电流作用下经历欧姆加热、液化、气化及等离子化过程中，电路持续放电，在这个过程中，喷涂粉末与起爆金属丝/箔一起受脉冲电流作用直到发生金属电爆炸，爆炸瞬时形成高温、高压熔融粒子，在冲击波作用下喷射到工件表面并快速冷却形成超细、高结合强度的涂层，该喷涂装置对喷涂粉末材料的选择较广，可根据涂层性能的要求选择喷涂材料的成分，同时可以对非导电粉末（如金刚石粉末、非导电陶瓷粉末）进行电爆炸喷涂，大大扩大了电爆炸喷涂的应用领域；而且每次电爆炸喷涂时，其喷涂面广，工作效率高。

4.航空发动机用爆炸喷涂设备控制工艺

沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司[6]针对爆炸喷涂设备不能满足新产品和新工艺的技术问题，本申请公开了一种航空发动机用爆炸喷涂设备控制方法，如图4：

图4 爆炸喷涂设备控制方法

其PLC 控制系统原理包括：控制系统主要由PLC、触摸屏、伺服系统等关键部分组成，按照爆炸喷涂工艺的相关要求，控制系统改造后的爆炸喷涂设备，是一个包含喷涂过程控制、气路流量检测调节控制及喷涂参数监控等几部分功能，在操作面板及触摸屏上可进行相应的控制和监视，基于触摸屏的人机界面组态方便、操作简单方便，该系统在实现喷涂自动循环控制的同时还兼顾了手动控制；气路检测调节部分主要用于采集流量压力等信号送入PLC，在触摸屏上显示便于操作与人员监控，调节流量压力以满足工艺参数要求。

本申请实现了爆炸喷涂过程的自动控制、爆炸工艺参数的动态采集，而且操作便捷、结构简单、软硬件设计合理，维修方便。同时提高设备的可靠性和自动化能力，提高零部件的喷涂质量和生产效率，降低了操作者劳动强度。

5.激光辅助爆炸喷涂工艺

中国航发北京航空材料研究院[7]公开了一种激光辅助爆炸喷涂的方法，包括如下步骤：一是将半导体光纤激光器激光头与爆炸喷涂喷枪固定在综合装卡工装上，通过对激光头固定轴、爆炸喷枪固定轴的调整，保证激光光束轴线与爆炸喷枪 的轴线在距离爆炸喷枪枪口100-300mm 距离范围内的任意一点相交；二是调整综合装卡工装使激光器聚焦斑点在爆炸喷枪枪口外100-300mm 处，激光器聚焦斑点与爆炸喷涂斑点重合；三是综合装卡工装装在可移动机械装置上，使综合装卡工装以及激光器、爆 炸喷枪可在设定的路径上移动；四是机械装置控制斑点移动位置，当移动到待作用表面，激光光束持续对该表面照射，当照射时间0.05-5S 时，爆炸喷涂点火喷涂涂层一次，机械装置控制斑点再移动到下一设定位置的待作用表面，重复上述动作，直至处理完所有待作用表面；五是重复步骤四步骤N 遍至设定的涂层厚度。

本发明实现激光对基体材料、爆炸喷涂涂层的同时作用，通过爆炸喷涂频率控制，满足了激光处理的时间要求，实现对基体的微熔作用，使爆炸喷涂材料能融入基体材料中，实现涂层与基体的冶金结合；同时避免了其它热喷涂方法为配合激光处理，过多降低喷枪移动速度造成的单遍涂层过厚、缺陷过多和结合力低的问题。每遍喷涂涂层后，可根据涂层种类控制激光作用时间，对已喷涂上的涂层同样有微熔作用，实现对涂层的致密化处理和下一层涂层的良好结合。

6.结语

本文列举了典型的爆炸喷涂装置和工艺，对未来的爆炸喷涂装置和工艺的创新具有参考意义。