CN113604771B - 一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置及方法 - Google Patents

一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置及方法，高压直流电源与电容器连接，电容器与高压电极相连，高压电极与电容器直接设有隔离开关。电极驱动载丝毂旋转，将金属丝缠绕在载丝毂的约束槽内。电极、载丝毂安装在电爆腔室内。通过气体放电模式，电极将高压电施加于缠绕在约束槽内的金属丝上，产生电爆喷射粒子，沉积在镀锡层的铜棒上。自动变位装置驱动铜棒旋转，开始下一次的电爆喷射沉积实验。经过多次电爆喷射沉积，铜棒上形成连续的镁合金沉积层。本发明提供的镁合金微细管的制备装置，能够连续电爆，工作效率高，微细管的厚度可控，镁合金组织为纳米晶，本发明涉及热喷涂技术领域。

Description

一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置及方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体为一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置及方法。
背景技术
镁合金具有优异的生物相容性、力学相容性、无毒性和可降解性。因此，镁合金被认为是新型可降解吸收血管支架的最佳候选材料。然而，镁合金密排六方结构(hcp)，使得其塑性变形能力较差，难以制备满足尺寸要求的镁合金微细管。因此，急需开发一种新的医用镁合金支架微细管加工方法。
发明内容
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置，高压电源与大功率储能电容相连，储能电容与两放电电极连接储能电容与电极直接设有隔离开关。电爆单元主要由载丝毂、放电电极、压丝杆、电机以及金属丝盘组成。电爆单元安装在电爆腔室内。电爆时，电爆腔内充满氩气，氩气可以有效避免电爆过程中镁合金发生氧化，同时能够促进气体放电。电机驱动载丝毂旋转，使得金属丝连续送进，实现连续电爆。
一种电爆法制备镁合金微细管装置，包含自动变位装置，自动变位装置主要由旋转电机、同步带轮及同步带、减速器、可伸缩连接管、可伸缩万向联轴器、基体支撑架组成。自动变位装置可控制沉积层之间的搭接。
进一步的，电爆腔室与真空泵和氩气的充气口处都设有密封阀门。
电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的方法，采用上述装置，具体按照以下步骤进行：
步骤1：将直径为3mm，长度为50mm的黄铜棒固定在电洛铁上。在黄铜棒上套一个内径为3.6mm的透明石英玻璃管，并且保证铜棒和石英管同心。
步骤2：对电洛铁进行通电，待电洛铁的温度达到焊锡熔点时，将焊锡放入石英玻璃管中熔化，直至熔化的焊锡填满玻璃管。
步骤3：停止对电洛铁通电，焊锡凝固，铜棒表面形成一层金属锡层。待金属锡层完全凝固后，敲碎玻璃管，获得镀锡铜棒。
步骤4：闭合电机开关，驱动载丝毂旋转运动，利用压丝杆将镁合金丝固定在载丝毂的约束槽内。将镀锡铜棒装夹在自动变位装置上。
步骤5：关闭电爆腔室，启动真空泵，将电爆腔室内的压强抽至700Pa。而后，在电爆腔室内冲入氩气，当电爆腔室内的压强为0.15MPa，停止充气。
步骤6：启动控制电路按钮，对储能电容进行充电，通过电压表，调节电容器的充电电压。
步骤7：待充电稳定后，启动电爆按钮，隔离开关打开，电容器将高压电施加在电极上。电极上的高压电通过气体放电导入到镁丝上，发生电爆喷射沉积试验。
步骤8：电爆完成后，隔离开关闭合。电容器停止将高压电施加在电极上。自动变位装置开始工作，驱动基体转动45°。
步骤9：基体旋转完成后，隔离开关打开。电容器将高压电施加在电极上。电极上的高压电通过气体放电导入到镁丝上，发生电爆喷射沉积试验。
步骤10：依次重复步骤5-9，将在圆柱体试样表面沉积一层镁合金。
步骤11：热喷枪对沉积镁合金涂层的圆柱体试样加热至铜棒表面的金属锡熔化。镁合金沉积层和铜棒分离，抽出铜棒，形成镁合金微细管。
电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置使用方法，采用上述的装置，通过与其他合金丝的复合电爆，制备以镁合金为主的复合微细管。
有益效果
本发明提供了一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置及方法。具备以下有益效果：
1.便于制备薄壁镁合金微细管。单次电爆喷射沉积的厚度大约为10μm，可根据实际需要，多次沉积制备10～100μm厚度的镁合金微细管。传统挤压的加工工艺难以制备厚度小于100μm的镁合金微细管。
2.沉积效率高。采用气体放电导入电流的方式，结合送丝装置和变为机构，可实现连续电爆，提高沉积效率。此外，电爆喷射沉积过程为瞬时大电流加热，快速冷却的过程，有效降低了镁合金的气化，提高了镁合金的沉积效率。
3.镁合金微细管的组织为纳米晶。纳米晶能有效提高镁合金微细管的耐腐蚀性能，延长镁合金微细管的使用寿命。
4.在氩气保护气氛中进行电爆喷射沉积，有效降低了制备镁合金微细管过程中的氧化。
5.喷射粒子飞行速度高(3500～5000m/s)，实现涂层与涂层之间元素的相互扩散，相互扩散层的深度为3μm左右，涂层之间达到冶金结合。
附图说明
图1是电爆喷射沉积法制备医用镁合金微细管的装置结构示意图。
图2是电爆喷射沉积法制备的镁合金微细管的过程示意图。
图3是电爆喷射沉积法制备的镁合金微细管。
图中：1.丝盘，2.金属丝，3.电机，4.压丝杆，5.载丝毂，6.约束槽，7.真空泵，8.储能电容器组，9.隔离开关，10.低压电极，11.高压电极，12.电爆腔室，13.基体，14.锡层，15.沉积层，16.自动变位装置。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置及方法。
实施例1
电机3驱动载丝毂5旋转运动，将丝盘1上的金属丝2缠绕在载丝毂5的约束槽6中心位置处。载丝毂5上均匀分布的压丝杆4将金属丝2固定在约束槽6内。压丝杆4固定在约束槽6上。约束槽6内布置的金属丝2与低压电极10和高压电极11之间存在一定的间隙。直流电源与电容器8连接。大功率高压电容器8的一端和地线相连，另一端与高压电极11相连。低压电极10和地线相连。高压电极11和电容器8之间的连接线上设置有隔离开关9。隔离开关9用于控制电容器8向电极的充电。当隔离开关9闭合时，电容器8停止向高压电极11放电；当隔离开关9打开时，电容器8开始向高压电极11放电。通过气体放电模式，低压电极10和高压电极11将电能施加于布置在约束槽内的镁合金丝2上。镁合金丝2瞬时经历熔化、气化、逐渐膨胀的过程，产生的电爆喷射粒子。喷射粒子飞向具有镀锡层14的铜棒13上，形成镁合金沉积层。电爆结束，隔离开关9闭合，电容器8停止向两电极的放电。镀锡层的铜棒装夹在自动变位装置16上。
实施例2
电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的方法，采用上述装置，具体按照以下步骤进行：
步骤1：将直径为3mm，长度为50mm的黄铜棒固定在电洛铁上。在黄铜棒上套一个内径为3.6mm的透明石英玻璃管，并且保证铜棒和石英管同心。
步骤2：对电洛铁进行通电，待电洛铁的温度达到焊锡熔点时，将焊锡放入石英玻璃管中熔化，直至熔化的焊锡填满玻璃管。
步骤3：停止对电洛铁通电，焊锡凝固，铜棒表面形成一层金属锡层。待金属锡层完全凝固后，敲碎玻璃管，获得镀锡铜棒。
步骤4：闭合电机开关，驱动载丝毂旋转运动，利用压丝杆将镁合金丝固定在载丝毂的约束槽内。将镀锡铜棒装夹在自动变位装置上。
步骤5：关闭电爆腔室，启动真空泵，将电爆腔室内的压强抽至700Pa。而后，在电爆腔室内冲入氩气，当电爆腔室内的压强为0.15MPa，停止充气。
步骤6：启动控制电路按钮，对储能电容进行充电，通过电压表，调节电容器的充电电压。
步骤7：待充电稳定后，启动电爆按钮，隔离开关打开，电容器将高压电施加在电极上。电极上的高压电通过气体放电导入到镁丝上，发生电爆喷射沉积试验。
步骤8：电爆完成后，隔离开关闭合。电容器停止将高压电施加在电极上。自动变位装置开始工作，驱动基体转动45°。
步骤9：基体旋转完成后，隔离开关打开。电容器将高压电施加在电极上。电极上的高压电通过气体放电导入到镁丝上，发生电爆喷射沉积试验。
步骤10：依次重复步骤5-9，将在圆柱体试样表面沉积一层镁合金。
步骤11：热喷枪对沉积镁合金涂层的圆柱体试样加热至铜棒表面的金属锡熔化。镁合金沉积层和铜棒分离，抽出铜棒，形成镁合金微细管
实施例3
一种电爆法制备镁合金微细管装置，包含自动变位装置，自动变位装置主要由旋转电机、同步带轮及同步带、减速器、可伸缩连接管、可伸缩万向联轴器、基体支撑架组成。自动变位装置可控制沉积层之间的搭接。
进一步的，电爆腔室与真空泵和氩气的充气口处都设有密封阀门。
实施例4
电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的装置使用方法，采用上述的装置，通过与其他合金丝的复合电爆，制备以镁合金为主的复合微细管。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种电爆喷射沉积法制备镁合金微细管的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：将直径为3mm，长度为50mm的黄铜棒固定在电烙铁上， 在黄铜棒上套一个内径为3.6mm的透明石英玻璃管，确保铜棒和石英管同心；
步骤2：对电烙铁进行通电，待电烙铁的温度达到焊锡熔点时，将焊锡放入石英玻璃管中熔化，直至熔化的焊锡填满玻璃管；
步骤3：停止对电烙铁通电，焊锡凝固，铜棒表面形成一层金属锡层， 待金属锡层完全凝固后，敲碎玻璃管，获得镀锡铜棒；
步骤4：闭合电机开关，驱动载丝毂旋转运动，利用压丝杆将镁合金丝固定在载丝毂的约束槽内， 将镀锡铜棒装夹在自动变位装置上；
步骤5：关闭电爆腔室，启动真空泵，将电爆腔室内的压强抽至500Pa时关闭真空泵， 而后，在电爆腔室内冲入氩气，当电爆腔室内的压强为0.15MPa，停止充气，关闭充气阀门；
步骤6：启动控制电路按钮，对储能电容进行充电，通过电压表，调节电容器的充电电压；
步骤7：待充电稳定后，启动电爆按钮，隔离开关打开，电容器将高压电施加在电极上，电极上的高压电通过气体放电导入到镁丝上，发生电爆喷射沉积试验；
步骤8：电爆完成后，隔离开关闭合， 电容器停止将高压电施加在电极上， 自动变位装置开始工作，驱动基体转动45°；
步骤9：基体旋转完成后，隔离开关打开， 电容器将高压电施加在电极上， 电极上的高压电通过气体放电导入到镁丝上，发生电爆喷射沉积试验；
步骤10：依次重复步骤5-9，铜棒表面形成连续的镁合金沉积层；
步骤11：热喷枪对沉积镁合金涂层的圆柱体试样加热，至铜棒表面的金属锡熔化， 镁合金沉积层和铜棒分离，抽出铜棒，形成镁合金微细管。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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