技术领域
[0001] 本
发明属于材料表面技术领域，主要涉及一种
热喷涂技术，主要应用于金属板材的
表面处理。
背景技术
[0002] 二十世纪五十年代初期，爆炸喷涂技术最先在美国出现，并投入生产，但是由于技术封
锁，技术方只为用户提供制备涂层的服务，而不出售该技术和设备。到六十年代，前苏联开始研究爆炸喷涂技术，并取得了一定的突破。九十年代苏联解体之后，乌克兰和中国合作研发爆炸喷涂技术，使该技术公开化。随后，俄罗斯和乌克兰开始对外出售该技术和设备。由于国内和国外技术
水平相差较大，目前国内使用的爆炸喷涂设备大多是从乌克兰和俄罗斯引进的。而且一般常用的爆炸喷涂设备是采用气体
燃料作为
能量源的，能量利用率低，爆炸
频率不超过10次/s，每次爆炸只能在
工件的表面形成一个直径约为25mm的涂层圆斑，效率较低，成本较高。
[0003] 爆炸喷涂技术是一种爆炸加工技术和热喷涂技术相结合的综合技术。传统的爆炸喷涂技术一般采用可燃气体作为
能源，利用爆燃积累产生的爆轰波驱动粉末状的涂层材料实现对工件的喷涂。根据理论分析计算，能量的利用率非常低，绝大部分能量都以“无效”的方式散失。每次爆炸所形成涂层面积有限，效率低，生产成本较高。
[0004] 经检索，国内外均未见基于炸药能量实现爆炸喷涂的相关报道。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是解决
现有技术的不足和
缺陷，提供一种基于炸药爆炸作用的爆炸喷涂方法，炸药爆压稳定，爆轰波作用高效，涂层形成均匀，达到了提高能量利用率的目的。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供的方法，步骤如下：
[0007] a.水平放置木制垫板，金属
基板放置其上，在金属基板表面放置
支撑垫；
[0008] b.薄纸片放置在支撑垫上，将根据涂层厚度要求计算并称量的喷涂用
金属粉末均匀铺在薄纸片表面上；
[0009] c.将片状装药放入装药盒，将装药盒放置于金属粉末上，并使其起爆端略超出金属粉末；
[0010] d.布置起爆机构，引爆起爆机构，完成对金属基板表面的爆炸喷涂。
[0011] 其中，木制垫板厚度可以尽可能的大，其尺寸也要略大于金属基板的尺寸；金属基板在 爆炸喷涂前进行粗车，使表面无瑕疵，较为光滑，易于涂层的形成；支撑垫的材质可以是金属也可以是非金属，可以两点支撑，也可以采用多点支撑，其厚度小于1㎝；薄纸片需要有足够的强度支撑起金属粉末和片状装药等上部结构，保证金属粉末与金属基板之间的距离相等且恒定；薄纸片和金属基板之间的距离小于1㎝，本发明的能量源是低爆速的炸药，其爆压也相应的较低，为了保证金属粉末能够在金属基板上形成涂层，冲击波的传播距离不宜过远，同时过远的距离也会导致爆轰产物对金属粉末产生影响，最终也会影响爆炸喷涂的效果；喷涂用金属粉末即可以是单质、也可以是化合物、也可以是混合物。金属基板的材质可以是
铝、
铁等单质金属或者
合金。金属粉末的粒度为5～200μm。金属粉末粒度过大不利于爆炸喷涂涂层的形成，而粒度过小则不宜被冲击波驱动，也不利于爆炸喷涂涂层的形成。片状装药选择外形呈片状的低爆速炸药为能量源，一般爆速为2000～3000m/s，其用量在实际喷涂过程中反映为片状装药的厚度，片状装药的厚度决定于金属粉末和金属基板材料的搭配以及厚度的选择，片状装药放置于装药盒中，装药盒的材质需选择脆而硬的材料，如木制材料，同时要求其底部尽可能的薄；起爆机构一般直接采用
雷管起爆，可以在起爆机构中加入扩爆药柱，保证起爆机构能够有效的触发炸药，形成稳定的爆轰；本发明所有组成部件都是相互
接触安置在一起，最终通过起爆机构的作用，触发片状装药，产生爆轰波，驱动金属粉末，喷向金属基板，最终完成对金属基板的爆炸喷涂。
[0012] 本发明的优点：利用本发明所形成的涂层具有结合强度高、致
密度高、均匀且表面光洁度好等优点，本发明还能够高效、低成本、大面积的实现爆炸喷涂。具体有如下几点：
[0013] 1.本发明是爆炸加工技术和热喷涂技术的结合，爆炸加工技术为热喷涂技术拓宽了发展思路，热喷涂技术给爆炸加工技术提供了应用途径，二者的结合为金属材料表面技术提供了新的方法，本发明变量选择可以精确控制，保证了爆炸喷涂效果的可靠性。
[0014] 2.本发明相比于传统的爆炸喷涂技术，单次喷涂面积大幅度提高，甚至可以为大规模工业生产所需要的大面积金属板材进行表面喷涂。由于炸药
能量密度大，片状装药有利于能量集中于水平面上，能量利用率高、喷涂效果好。突破了传统爆炸喷涂技术单次喷涂只能够喷涂较小面积的限制。
[0015] 3.本发明将炸药作为能量源运用于爆炸喷涂中，降低成本，有利于将该技术大规模推广到实际生产中。相对于传统爆炸喷涂使用的气体能源，炸药具有成本低、能量密度大等优势。完成单位面积所需要的能源成本，炸药相比于气体燃料要低很多。气体燃料形成爆轰的过程是一个爆燃堆积最终形成爆轰的过程，因而对于这种爆轰波的
稳定性是不可控的，但是定型的炸药能够产生稳定的爆轰波，通过调整炸药就可以有效的控制爆轰波，且炸药的爆轰波更加稳定，有利于形成更加均匀的涂层。
[0016] 4.本发明的结构基本呈现层状，从上到下依次是：起爆机构1、片状装药2、装药盒3、喷涂用金属粉末4、薄纸片5、支撑垫6、金属基板7和木制垫板8。层状的结构布置要求所有的构件都是片状或者板状，这样有利于构件的加工，也能够缩短生产的准备期，提高了生产效率。本发明还要求合理设计和控制各层间的相互
位置关系，保证了爆炸喷涂的
质量。
附图说明
[0017] 图1是本发明所用喷
涂装置结构示意图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图对本发明作详细说明。
[0019] 本发明是以炸药作为能源，利用炸药爆炸产生的冲击波驱动金属粉末对金属基板表面进行喷涂。本发明为实现爆炸喷涂包括了如下构件：起爆机构1、片状装药2、装药盒3、喷涂用金属粉末4、薄纸片5、支撑垫6、金属基板7和木制垫板8。
[0020] 本发明的具体步骤如下：a.水平放置木制垫板，金属基板放置其上，在金属基板表面放置支撑垫；b.薄纸片放置在支撑垫上，将根据涂层厚度要求计算并称量的喷涂用金属粉末均匀铺在薄纸片表面上；c.将片状装药放入装药盒，将装药盒放置于金属粉末上，并使其起爆端略超出金属粉末；d.布置起爆机构，引爆起爆机构，触发炸药，这样就可以实现爆炸喷涂。
[0021] 支撑垫的高度应当控制在1㎝以内，即金属粉末与金属基板之间的距离小于1㎝。实际生产过程中，金属粉末和金属基板之间的距离可以选取3㎜、6㎜、9㎜等。在本例中，金属粉末和金属基板之间的距离为6㎜。
[0022] 本发明能够有效的利用炸药高能量密度的优势，使其在瞬时做功的情况下完成爆炸喷涂，并且能够在单次喷涂中完成大面积的喷涂，克服了传统爆炸喷涂技术能量耗散大、做功效率低的缺陷。并可以在单一次喷涂过程中完成对大面积金属板材的表面喷涂。
[0023] 下面结合附图1举例说明本发明运用于增强金属表面硬度的作用过程。将金属基板其置于木制垫板上，加工面水平朝上，加工面可以通过粗车进行清洁和粗化表面，放置支撑垫及薄纸片，保证加工表面和薄纸片之间的距离为6㎜，将Zr和B2O3混合粉末均匀的铺在薄纸片上，选取爆速为2600m/s的硝铵类炸药，水平放置于粉末上，通过雷管起爆，即可完成爆炸喷涂，最终形成了Zr-O-B陶瓷层。
[0024] 下面结合附图1举例说明本发明运用于修复金属表面的作用过程。机械磨损通常会让零部件失效，通过该方法对磨损表面进行修复，在节约成本的同时也提高了效率。将待修复金属基板置于木制垫板上，加工面水平朝上，加工面可以通过粗车进行清洁和粗化表面，放置支撑垫及薄纸片，保证加工表面和薄纸片之间的距离为6㎜，将钴基合金粉末均匀的铺在薄纸片上，选取爆速为2600m/s的硝铵类炸药，水平放置于粉末上，通过雷管起爆，即可完成 爆炸喷涂，最终对工件表面进行了修复。
[0025] 下面结合附图1举例说明本发明运用于增强金属表面
耐磨性的作用过程。机械系统中磨损时不可避免的，而耐磨材料的需求也是越来越明显。将待加工金属基板置于木制垫板上，将其置于木制垫板上，加工面水平朝上，加工面可以通过粗车进行清洁和粗化表面，放置支撑垫及薄纸片，保证加工表面和薄纸片之间的距离为3㎜，将CoCr和WC混合粉末均匀的铺在薄纸片上，选取爆速为2400m/s的硝铵类炸药，水平放置于粉末上，通过雷管起爆，即可完成爆炸喷涂，最终形成了CoCr-WC涂层，该方案形成的涂层满足航空
发动机对耐磨材料的需求，是
镀硬铬的理想替代材料。
