爆炸噴涂專利技術(shù)分析

錢國(guó)慶

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 511530）

爆炸噴涂技術(shù)[1,2]由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司林德分公司在上世紀(jì)50 年代開發(fā)，隨后引起各國(guó)的關(guān)注，目前，其與等離子噴涂技術(shù)、電弧噴涂技術(shù)、火焰噴涂技術(shù)是熱噴涂技術(shù)最常見的四種噴涂技術(shù)。爆炸噴涂技術(shù)和其他噴涂技術(shù)相比，具有涂層結(jié)合強(qiáng)度高、孔隙率低、工件熱損傷小、涂層均勻、厚度易控制等優(yōu)點(diǎn)。本文從專利申請(qǐng)角度分析了典型的爆炸噴涂裝置及其工藝。

1.液態(tài)燃料爆炸噴涂裝置工藝

西北工業(yè)大學(xué)[3]針對(duì)氣態(tài)燃料脈沖爆炸噴涂裝置復(fù)雜的技術(shù)問題，本申請(qǐng)公開了一種液態(tài)燃料爆炸噴涂的裝置：如圖1液態(tài)燃料爆炸噴涂的裝置剖視圖所示，包括爆炸腔(1)，冷卻腔(2)，粉末儲(chǔ)備箱(3)，閥門(4)，火花塞點(diǎn)火器(5)，空氣進(jìn)氣口(6)，空氣分管道(71)，空氣總管道(72)，噴油嘴(8)，第一單向閥(91)，高壓油箱(10)，第二單向閥(92)，空氣壓縮機(jī)(11)，冷卻水進(jìn)口(12)，粉末噴口(13)，冷卻水出口(14)，工件(15)。

本發(fā)明使用液態(tài)燃料，如汽油等，攜帶方便，安全；氧化劑使用空氣，價(jià)格低廉，容易獲取；空氣以切向進(jìn)氣方式進(jìn)入爆炸腔，燃料的摻混和霧化效果好；控制進(jìn)氣和噴油的方法是通過兩個(gè)單向閥的兩側(cè)壓力差的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方法稱為自適應(yīng)產(chǎn)生脈沖爆炸波技術(shù)，簡(jiǎn)化了裝置；在爆炸腔中形成的高溫高壓環(huán)境的作用下，顆粒粉末快速融化，加速之后噴射到溫度較低的工件表面形成涂層。由于脈沖爆炸的工作特性，噴涂工作時(shí)間長(zhǎng)，連續(xù)性高，顆粒粉末的材料選擇種類多，可用于多種材質(zhì)的物件的表面處理，顆粒粉末與工件的結(jié)合強(qiáng)度高，工件涂層表面均勻致密，氣孔率低。

圖1 液態(tài)燃料爆炸噴涂的裝置剖視圖

2.管及孔內(nèi)壁連續(xù)送絲電爆炸噴涂裝置工藝

蘭州理工大學(xué)[4]針對(duì)管及孔內(nèi)壁爆炸噴涂的傳送帶抖動(dòng)或斷裂的技術(shù)問題，本申請(qǐng)公開了一種管及孔內(nèi)壁連續(xù)送絲電爆炸噴涂裝置，如圖2：

圖2 送絲電爆炸噴涂裝置結(jié)構(gòu)圖

管及孔內(nèi)壁連續(xù)送絲電爆炸噴涂裝置的總裝結(jié)構(gòu)圖所示，包括低壓長(zhǎng)型導(dǎo)電支撐體、高壓長(zhǎng)型導(dǎo)電支撐體、點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)、爆炸腔和絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩長(zhǎng)型導(dǎo)電支撐體的一端與儲(chǔ)能電容器的兩極連接且低壓長(zhǎng)型導(dǎo)電支撐體與儲(chǔ)能電容器的低壓端相連，高壓長(zhǎng)型導(dǎo)電支撐體與儲(chǔ)能電容器的高壓端相連，另一端設(shè)有爆炸腔11，爆炸腔11 能隨兩長(zhǎng)型導(dǎo)電支撐體伸入零件內(nèi)孔或管道內(nèi)腔中，所述點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)包括點(diǎn)膠機(jī)3 和支撐塊6，金屬絲1 經(jīng)點(diǎn)膠機(jī)3 點(diǎn)膠后粘貼于傳送帶5 的中線位置，傳送帶5 緊貼支撐塊6 的走帶面，經(jīng)絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連續(xù)送入爆炸腔11 中，低壓電極9 與高壓電極10 能通過氣體放電，使經(jīng)過低壓電極9 與高壓電極10 之間的金屬絲1 發(fā)生連續(xù)爆炸，爆炸產(chǎn)物定向的噴涂到基體表面，從而形成涂層。

本發(fā)明的爆炸腔可隨兩長(zhǎng)型導(dǎo)電支撐體伸入口徑最小為40mm 為管件內(nèi)部進(jìn)行噴涂，同時(shí)，爆炸腔在噴射方向上開有噴射口且噴射口處兩內(nèi)壁的夾角可隨噴涂量及涂層結(jié)合強(qiáng)度的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且采用自動(dòng)點(diǎn)膠的方法將金屬絲可靠地粘貼在傳送帶上，使金屬絲連續(xù)送入爆炸腔中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化連續(xù)噴涂。

3.粉末的電爆炸噴涂裝置工藝

寧波大學(xué)[5]針對(duì)電爆炸噴涂無(wú)法使用非金屬材料的技術(shù)問題，本申請(qǐng)公開了一種粉末的電爆炸噴涂裝置。

圖3 粉末的電爆炸噴涂裝置示意圖

如圖3 所示，粉末的電爆炸噴涂裝置包括下端開口的金屬支座1 和用于放置待噴涂工件的底座2，金屬支座1 設(shè)置有內(nèi)腔11，金屬支座1 倒扣在底座2 上，底座2 上設(shè)置有與內(nèi)腔11 相連通的工件取放通道21，金屬支座1 與底座2 之間設(shè)置有多片絕緣的調(diào)整墊片3，金屬支座1 上橫向設(shè)置有絕緣套管4，絕緣套管4 內(nèi)的兩端均設(shè)置有電極5 和金屬連接片41，電極5 上連接有脈沖大電流發(fā)生電路，絕緣套管4 內(nèi)一體設(shè)置有臺(tái)階，金屬連接片41 頂在臺(tái)階上，兩個(gè)金屬連接片41 之間灌裝有噴涂粉末6，噴涂粉末6 內(nèi)埋有起爆金屬絲7，起爆金屬絲7穿過金屬連接片41 且位于金屬連接片41 與電極5 之間，電極5 上設(shè)置有定位凸臺(tái)51，電極5 上套接有絕緣連接套52，絕緣連接套52 頂在定位凸臺(tái)51 上，絕緣套管4 外套設(shè)有絕緣套筒8，絕緣連接套52 與絕緣套筒8 相螺接，絕緣套筒8 上位于內(nèi)腔11 部分設(shè)置有噴涂開口81，金屬支座1 外設(shè)置有絕緣外殼12，金屬支座1 的內(nèi)側(cè)位于絕緣套筒8 下方的部分設(shè)置有絕緣襯套13。

本申請(qǐng)的兩電極之間灌裝有噴涂粉末，噴涂粉末內(nèi)埋有起爆金屬箔或起爆金屬絲，并與兩個(gè)電極固定連接，噴涂時(shí)，電極先對(duì)埋在噴涂粉末中的起爆金屬絲/箔放電，隨著起爆金屬絲/箔在沖擊大電流作用下經(jīng)歷歐姆加熱、液化、氣化及等離子化過程中，電路持續(xù)放電，在這個(gè)過程中，噴涂粉末與起爆金屬絲/箔一起受脈沖電流作用直到發(fā)生金屬電爆炸，爆炸瞬時(shí)形成高溫、高壓熔融粒子，在沖擊波作用下噴射到工件表面并快速冷卻形成超細(xì)、高結(jié)合強(qiáng)度的涂層，該噴涂裝置對(duì)噴涂粉末材料的選擇較廣，可根據(jù)涂層性能的要求選擇噴涂材料的成分，同時(shí)可以對(duì)非導(dǎo)電粉末（如金剛石粉末、非導(dǎo)電陶瓷粉末）進(jìn)行電爆炸噴涂，大大擴(kuò)大了電爆炸噴涂的應(yīng)用領(lǐng)域；而且每次電爆炸噴涂時(shí)，其噴涂面廣，工作效率高。

4.航空發(fā)動(dòng)機(jī)用爆炸噴涂設(shè)備控制工藝

沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司[6]針對(duì)爆炸噴涂設(shè)備不能滿足新產(chǎn)品和新工藝的技術(shù)問題，本申請(qǐng)公開了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)用爆炸噴涂設(shè)備控制方法，如圖4：

圖4 爆炸噴涂設(shè)備控制方法

其PLC 控制系統(tǒng)原理包括：控制系統(tǒng)主要由PLC、觸摸屏、伺服系統(tǒng)等關(guān)鍵部分組成，按照爆炸噴涂工藝的相關(guān)要求，控制系統(tǒng)改造后的爆炸噴涂設(shè)備，是一個(gè)包含噴涂過程控制、氣路流量檢測(cè)調(diào)節(jié)控制及噴涂參數(shù)監(jiān)控等幾部分功能，在操作面板及觸摸屏上可進(jìn)行相應(yīng)的控制和監(jiān)視，基于觸摸屏的人機(jī)界面組態(tài)方便、操作簡(jiǎn)單方便，該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)噴涂自動(dòng)循環(huán)控制的同時(shí)還兼顧了手動(dòng)控制；氣路檢測(cè)調(diào)節(jié)部分主要用于采集流量壓力等信號(hào)送入PLC，在觸摸屏上顯示便于操作與人員監(jiān)控，調(diào)節(jié)流量壓力以滿足工藝參數(shù)要求。

本申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)了爆炸噴涂過程的自動(dòng)控制、爆炸工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)采集，而且操作便捷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟硬件設(shè)計(jì)合理，維修方便。同時(shí)提高設(shè)備的可靠性和自動(dòng)化能力，提高零部件的噴涂質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.激光輔助爆炸噴涂工藝

中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院[7]公開了一種激光輔助爆炸噴涂的方法，包括如下步驟：一是將半導(dǎo)體光纖激光器激光頭與爆炸噴涂噴槍固定在綜合裝卡工裝上，通過對(duì)激光頭固定軸、爆炸噴槍固定軸的調(diào)整，保證激光光束軸線與爆炸噴槍 的軸線在距離爆炸噴槍槍口100-300mm 距離范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)相交；二是調(diào)整綜合裝卡工裝使激光器聚焦斑點(diǎn)在爆炸噴槍槍口外100-300mm 處，激光器聚焦斑點(diǎn)與爆炸噴涂斑點(diǎn)重合；三是綜合裝卡工裝裝在可移動(dòng)機(jī)械裝置上，使綜合裝卡工裝以及激光器、爆 炸噴槍可在設(shè)定的路徑上移動(dòng)；四是機(jī)械裝置控制斑點(diǎn)移動(dòng)位置，當(dāng)移動(dòng)到待作用表面，激光光束持續(xù)對(duì)該表面照射，當(dāng)照射時(shí)間0.05-5S 時(shí)，爆炸噴涂點(diǎn)火噴涂涂層一次，機(jī)械裝置控制斑點(diǎn)再移動(dòng)到下一設(shè)定位置的待作用表面，重復(fù)上述動(dòng)作，直至處理完所有待作用表面；五是重復(fù)步驟四步驟N 遍至設(shè)定的涂層厚度。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)激光對(duì)基體材料、爆炸噴涂涂層的同時(shí)作用，通過爆炸噴涂頻率控制，滿足了激光處理的時(shí)間要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)基體的微熔作用，使爆炸噴涂材料能融入基體材料中，實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合；同時(shí)避免了其它熱噴涂方法為配合激光處理，過多降低噴槍移動(dòng)速度造成的單遍涂層過厚、缺陷過多和結(jié)合力低的問題。每遍噴涂涂層后，可根據(jù)涂層種類控制激光作用時(shí)間，對(duì)已噴涂上的涂層同樣有微熔作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層的致密化處理和下一層涂層的良好結(jié)合。

6.結(jié)語(yǔ)

本文列舉了典型的爆炸噴涂裝置和工藝，對(duì)未來(lái)的爆炸噴涂裝置和工藝的創(chuàng)新具有參考意義。