Электроимпульсное нанесение покрытий

Электроимпульсное нанесение покрытий основано на импульс­ном разряде конденсатора через проволоку напыляемого металла. При этом происходит взрывное плавление проволоки и осаждение расплавленных мелких частиц металла на поверхности изделия (рис.5.7).

Используемая для нанесения покрытий электроразрядная цепь представляет собой колебательный контур и характеризуется сле­дующими данными: емкость конденсатора 100 мкФ, максимальное напряжение зарядного тока 30 кВ, собственная частота колебаний электроразрядной цепи 25 кГц. Для напыления используют метал­лическую, например вольфрамовую, проволоку диаметром 0,5— 1 мм и длиной 20—150 мм. Режим напыления, выбираемый в зави­симости от размера и формы изделия,  согласно многочисленным экспериментальным данным рассчитывают по следующим уравне­ниям:

где S — площадь сечения металлической проволоки,

/ — длина металлической проволоки, мм;

С — емкость конденсатора, Ф;

U — напряжение зарядного тока, В;

/ — собственная частота колебаний электроразрядной цепи, Гц;

К1, К2— постоянные, определяемые материалом проволоки; К1= (1-4-3) 10~³; К2 = 4.

Расстояние / от поверхности изделия до расплавляемого конца металлической проволоки определяется через ее диаметр d и вы­ражается в следующем виде: l — 30d.

При разряде в оптимальном режиме около 40% массы проволо­ки превращается в газ, а остальные 60% —в капли расплавленно­го металла, сталкивающиеся с поверхностью основного материала. Образующиеся при взрывном разряде капли напыляемого метал­ла можно разделить на две группы, к одной из которых относятся частицы размером несколько микрометров, а к другой — размером несколько сотых долей микрометра. Покрытие образуется за счет осаждения на поверхности частиц первой группы, тогда как части­цы второй группы улетучиваются, превращаясь в аэрозоли. При недостаточном уровне энергии разряда металлическая проволока расплавляется без взрыва, а при чрезмерном уровне энергии — полностью переходит в газообразное состояние. И в том и в дру­гом случае напыление невозможно.

Рис. 5.7 – Схема электроимпульсного напыления: СН — источник питания для зарядки кон­денсатора; R – резистор; С – конденсатор; SW – выключатель; EW – металлическая проволока; В – основной материал (цилиндрическое изделие)

Своеобразие электроимпульсного нанесения покрытий связано с особо малым размером частиц в мелкораспыленном состоянии напыляемого материала. При температуре распыления, которая, как считают, близка к точке кипения металла проволоки, все час­тицы в мелкораспыленном состоянии нагреваются равномерно. При столкновении с поверхностью основного материала скорость движения частиц достигает нескольких сотен метров в секунду. Движение частиц к основному материалу происходит за счет рез­кого расширения газа при взрыве и вытеснения воздуха из зоны взрыва, что почти полностью исключает окисление частиц, а сле­довательно, обеспечивает получение плотного покрытия с высокой прочностью сцепления с основным материалом. Недостаток электро­импульсного напыления состоит в том, что его применение ограни­чено электропроводными материалами. Кроме того, этот способ непригоден для получения покрытий большой толщины.