第4期 朱亮等：电爆过程中能量密度与爆炸产物变化的关系 49
电爆过程中能量密度与爆炸产物变化的关系*
朱 亮，朱 锦，毕学松
（兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 730050）
摘 要： 电爆应用于材料喷涂有独特优势。电爆过程中爆炸产物的特性及其演变直接影响涂层质量。利用高压电场中
金属丝段电爆方法，通过改变初始充电电压和金属丝的直径，调节沉积在金属丝上的能量密度，进行系列电爆试验；
同时，利用探针收集电爆过程中的产物并进行显微分析。结果表明，金属丝电爆最初产物中含有液相和气相，随着膨
胀距离的增大转变为固相。当基体处在爆炸产物未凝固的膨胀距离内，可得到液相喷涂层或气相喷涂层。提高能量密
度可以提高产物中气相的膨胀距离，同时减少产物中液相成分所占比例。当能量密度大于125 J/mm
3，爆炸产物中液
相成分可达5 %，气相膨胀距离约为9.5 mm。
关键词： 丝段式电爆；能量密度；气相膨胀距离；气相沉积
中图分类号： O38(TB12); TG174.444 文献标识码： A 文章编号： 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
丝电爆方法在超细粉制备和表面喷涂上有着广
泛用途，尤其用于表面喷涂具有独特的优点
[1,2] 。电
爆喷涂过程对基体材料的热影响很小，可获得基体
结合好且致密的涂层，特别适于高熔点材料的喷涂。
丝电爆喷涂的试验研究表明，根据电爆金属丝
上沉积的能量密度的不同，可获得两种类型的涂
层：当能量密度较低时，金属丝熔化后的熔滴喷射
到基体上形成液相喷涂层；能量密度较高时，金属
收稿日期：2010–02–25；修回日期：2010–03–24
基金项目：*国家自然学基金项目资助（50775105）
作者简介：朱亮(1964
—)，男(汉)，甘肃高台人，教授，博士。
丝气化后的蒸气沉积在基体上形成气相沉积层 [3]。
许多的电爆喷涂研究获得的涂层，主要以液相喷涂
层为主
[1]。从喷涂过程的本质来看，金属丝在电爆
过程所形成的产物，也就是在形成涂层前的物相状
态，决定了涂层性质。认识电爆过程中产物的性质
与输入到金属丝上的能量的关系，对有效控制电爆
工艺中涂层的质量，有着直接的实用价值。
传统的电爆过程产物形成机制认为，金属丝中
流过大电流，靠电阻热加热直到熔化或气化，随后
快速膨胀发生气体放电。根据施加在金属丝上能量
的大小，金属丝可形成气相或液相。但是丝电爆试
验发现，如果把丝电爆过程看作是平衡过程，有些
doi: 10.3969/j.issn.1007 −9289.2010.04.015
第23卷 第4期 中 国 表 面 工 程 Vol.23 No.4
2010 年 8 月 CHINA SURFACE ENGINEERING August 2010
66 中 国 表 面 工 程 2010年
实验数据无法解释。进而认为当金属丝获得高密度
能量时，会发生非平衡过程
[4]。这就意味着金属丝
在电爆过程中会以不同能量状态物质形态同时存
在，施加在金属丝上的能量要以不同的方式耗散。
也就是说，金属爆炸产物中，气相和液相成分会同
时出现，金属丝上沉积能量的不同会使爆炸产物中
气相液相成分所占的比例发生变
电爆过程中能量密度与爆炸产物变化的关系 朱亮
