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电火花沉积工艺（ESD）是一种脉冲微弧焊工艺，用高电流的短脉冲把电极材料沉积到基体金属表面，微量的电极材料在脉冲等离子弧的作用下熔化并在基体表面快速固化形成涂层，涂层与基体表面材料呈冶金结合[7]。电火花沉积工艺不仅可以用来填充零件的破损区域，还可以用在表面涂层。对于修复，大部分可以在现场进行，而且只需很短的时间。电火花涂层适合用于高应力、高温、易磨损、易腐蚀等的恶劣的环境下。86495

1 电火花表面沉积基础理论

由于电火花沉积技术的操作简单、效果理想的特点，针对该技术的研究也日渐深入。另外，随着电火花沉积所用设备普及应用也为电火花表面沉积基础理论研究提供了发展空间和证明。电火花沉积技术基础理论研究主要围绕两极间放电机理和质量过度理论两方面展开。其中，点火花放电理论认为在操作过程中的能量的释放形式是来源于高能量密度的电能。在放电时基体材料融化很少，而放电后基体内的电极元素是来源于电极材料在放电时融化后渗入基体表面。通过示波器观察发现放电所用时间无法产生弧光放电，所以推测电火花沉积实质是火花放电。而微弧放电理论认为在此过程中，电流的脉冲导致机体表面产生一个时间极短但温度极高的等离子弧，电极材料被等离子弧熔化从而与基体形成沉积层。论文网

质量过渡理论认为能量在释放过程中气液相是共存的，而电极材料是在高温条件下混入冶金并扩散到基体材料上。

2 电火花表面沉积技术应用进展

电火花沉积作为表面强化手段，对具有耐磨性、抗氧化、耐腐蚀要求的表面进行表面强化处理，或者通过堆焊进行表面修复，也可以制备各种特殊功能的涂层。根据应用需要不同，目前主要使用的沉积材料为用于耐磨性能的硬质碳化物、耐磨堆焊合金、金属间化合物和金属陶瓷；用于耐腐蚀方面的不锈钢、特殊合金、铁镍金属化合物等；用于修复、改性的镍基或钴基超合金等[8]。目前，电火花沉积技术广泛应用于刀具与模具，内科、牙科、整形外科工具，木材和纸业，高科技的运动装备，核反应堆、石油系统等的表面耐磨耐蚀涂层，以及各种机枪零件、赛车发动机与航天涡轮发动机、军用零件的现场修复。分类说明如下：

（1）随着模具产业的不断发展和应用，以及人们对模具要求的不断提高，越来越多的高级模具投入使用。因此在模具工作表面，特别是表面有严重摩擦的表面进行电火花表面强化可大大改善模具工作情况，提高使用寿命。这种表面强化还广泛应用于刀具、手术器械等具有耐磨需求的应用上。

（2）电火花沉积技术可用于保护工件、提高其高温下抗氧化能力的方面，本文中的研究也可归类于这一应用。举例有在Ti工件表面沉积Al涂层，由涂层表面和工件间的金属间化合物，可使工作温度提高至700-1000℃[9]。

（3）在表面修复应用上，传统修复存在如修复工具后造成磨具形变、硬度降低沙眼甚至报废。而电火花沉积表面强度操作简单、热量输出低、无需预热、不改变模具或产品的组织状态。此外，电火花沉积技术还具有精确修复的优点。

电火花表面强化技术是具有特殊强化效果和独特技术价值的一种工艺，在未来的发展潜力巨大。电火花表面沉积在表面涂层预防保护和堆焊修复方面的应用，对于提高生产效率，降低成本作用明显。但它也存在一些不足之处，如电火花沉积层的表面粗糙度不容易控制，生产效率低，可靠性和稳定性还有待于进一步提高等；尤其在我国，电火花沉积技术的研究起步较晚，技术力量薄弱，工艺研究范围较窄，电火花表面技术的应用 (尤其是高端和必要零部件上的应用)报导不够充分，设备的可控参 数及其自动化方面等均与国外先进技术有较大差距[10]。因此，我们需要进一步深入电火花放电机理等基础性研究，这将对电火花的基础研究、设备制造及应用开发方面起重要的指导作用；需要提高涂层的质量和稳定性，并提高沉积效率；进一步加强电火花工艺参数的研究。国内对涂层材料的研究主要集中在硬质合金和陶瓷材料方面，但其它具有优异性能的难熔金属与金属间化合物的研究也值得展开。同时，对于电火花表面沉积技术的研究者，要大力开发并推广应用电火花沉积技术。电火花沉积作为一种日益普遍的材料表面处理技术，在工具、模具、军工、冶金等领域大有可为。我们应该对这一表面处理技术引起足够的重视，以市场为导向，大力开发和推广。相信随着这一新兴表面处理技术的发展，必将会有越来越多的人投身到该技术的研究中，这一技术必将得到广泛应用，在材料表面处理方面发挥重要作用。 (责任编辑：qin)