电火花沉积技术研究进展及其在航空制造中的应用*

纪贤达，连 勇，刘 畅，张 津

（1.北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083;2.北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室，北京 100083）

在现代工业中，机械设备不断向自动化和复杂化方向发展，经常处于条件较为苛刻的环境下长期工作，这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性能提出了较高的要求。采用表面工程技术对零部件表面进行强化防护和损伤修复，对防止零件失效和延长使用寿命具有重要意义。常用的表面处理方法如电镀、热喷涂、物理或化学沉积镀膜等，在不同的领域均获得了较好的应用。本文将介绍一种电火花沉积表面处理技术，该技术利用电火花瞬时高温局部熔化的电极材料在工件表面迅速冷却，与基体形成冶金结合的强化层，由于对基体的热输入较低，不会导致其变形。随着大功率高频电火花沉积电源的开发，配合自动化控制作业，广泛用于零部件的表面强化和失效零部件表面的修复。本文将简述电火花沉积技术的原理与特点，总结近年来国内外电火花沉积技术的进展，介绍其在航空制造领域中的应用，分析当前电火花沉积技术存在的问题和发展方向。

电火花沉积技术的原理与特点

1 原理

电火花沉积一般认为是利用脉冲电路的充放电原理，当连接电源正极的电极和连接负极的目标基体之间达到能够产生高频脉冲的距离时，电极与基体材料二者之间形成图1所示的放电现象，放电过程在10-6～10-5s 内完成，放电位置产生8000～10000℃的高温、高压微区，利用工作放电时产生的大能量，熔化的电极材料涂覆在基体材料表面，二者之间形成的强化层为冶金结合，所以基体材料表面的物理和化学性能得到了一定程度上的改善，原有的硬度、耐磨性、耐蚀性等都会有一定程度的优化[1]。但电火花放电原理比较复杂，能量转化过程比较多，对其研究是认识电火花沉积过程的关键，目前研究人员对于电火花沉积过程中能量转化有不同的观点。

图1 电火花沉积示意图Fig.1 Schematic of electrospark deposition

一部分研究人员认为，该技术放电实质是火花放电，工作的电极与基体靠近时，放电点位产生高的热流密度，利用高密度的电能熔化电极材料从而沉积在基体材料表面，形成具有优异性能的强化层，并且研究人员将火花放电原理分为非接触放电和接触放电原理。

非接触放电原理认为火花放电是工作电极与基体之间保持一定距离时，电场强度会不断增大从而击穿介质形成火花放电。电子束不断撞击电极表面产生热能，热量将电极材料熔化，形成液滴，液滴向基体靠近时，由于储能的磁场间被高温加热，温度升高直至沸腾和爆炸分离，形成大量的质点流，从而沉积在基体表面，随后电极运动撞击沉积点位，形成牢固的强化层[2]。

接触放电原理认为火花放电是电极与基体极小接触区域通过巨大瞬时电流产生高温进而引起的溅射。在试验中电压较小时也可以产生电火花放电，但该电压值不能达到空气被击穿的最低电压值，所以电极接触到基体时，在其形成的放电路径上有瞬时电流通过，放电时间极短，瞬时电流巨大，能够在极小接触区域产生高温，将接触部分的电极材料与基体材料熔化、气化，吸收足够的能量后向周围溅射。当接触面积不断增加，电流密度下降，温度迅速降低，熔化的电极材料快速冷却，与基体形成冶金结合的强化层[3-4]。

也有一部分研究人员认为电火花沉积放电实质是电弧放电，将沉积过程定义为脉冲微弧焊，在工作过程中，电极与基体之间瞬时产生温度极高的等离子电弧，熔化的电极材料通过等离子弧的过渡作用，转移到基体表面形成强化层。在一个脉冲时刻，时间约为1～10μs，当电极与基体达到电离击穿的距离时，由于电流密度很大，中间介质被击穿，电极与基体之间形成电弧，将电极材料熔化沉积在基体表面，由于放电时间很短，电弧产生的热量有一定的散热时间，基体不会积累大量的热量，从而不会变形和改变性能[5-6]。

此外，还有部分研究人员认为电火花沉积技术是一种兼具焊接、金属熔覆、堆焊、气相沉积等多种混合过程的特殊工艺。将放电过程分为以下4个阶段：（1）电极接触基体时，电容器开始放电，由于电极与基体之间的接触面积小，接触电阻大，因此会产生焦耳热，基体和电极局部被加热；（2）由于电极的快速移动，在电容器完全放电之前电极与基体分离；（3）电极和基体之间存在间隙，发生电弧点燃；（4）电极材料形成熔滴沉积在基体上[7]。

电火花放电和电弧放电是有区别的，电火花放电电压高，放电过程的爆炸力大，具有电容器脉冲放电特征，过程较不稳定，由于放电通道中的电流密度比电弧放电高，所以放电产生的热量比电弧放电要高。电弧放电的放电电压较低，是气体放电的最终形式，与电火花放电过程相比较为稳定，但温度较低，电极熔化量少。有关电火花沉积的放电原理还没有定论，但对电火花原理的不断讨论能为人们更深入地研究电火花沉积提供更为广泛的思路。

2 特点

目前该技术可应用于工具、模具、机械、航空航天等行业工件设备的表面强化和失效修复，与其他表面处理技术相比，电火花沉积具有以下5个优点[8-9]：

（1）与热喷涂和激光熔覆等技术相比，电火花沉积设备小型化，整体造价较低，携带较为方便、适应灵活、操作简单。主要由脉冲电源、沉积枪以及工作台3部分组成；（2）与传统电刷镀的涂层与基体结合较差情况相比，电火花沉积涂层与基体为冶金结合，结合牢固，很少发生剥离的现象。这主要是因为电火花放电瞬间产生高温高压的环境，产生了很大的能量，基体与电极材料重新合金化形成强化层；（3）沉积涂层的能量输入较低，基体温度变化很小，沉积处冷却速度快，热量不会集中，热影响区较小，因而基体不会产生变形和退火现象，不会改变其组织与性能；（4）电极可以根据实际使用目的选择不同种类的导电材料，目标基体不受形状和尺寸大小的限制，可以对其进行局部涂层沉积，也可进行大面积涂层沉积；（5）沉积后的工件可以作为最终工序使用，加工余量很少，提高了制备涂层和维修损伤的效率。

由于电火花沉积具有上述众多优点，电火花沉积技术近年来得到迅速发展，在航空航天、军事领域、机械制造业等行业零部件的表面强化方面，以及失效零部件表面的修复均获得一定的应用。但目前电火花沉积仍多采用手工操作，制备的涂层质量取决于操作者的经验与技术水平，涂层的均匀性、一致性难以保障，而搭载自动化设备实现程序数控沉积存在一定难度，例如放电间隙的控制以及电极材料的自动更换等问题，因此，该技术在大面积沉积涂层以及批量生产等方面受到限制。此外，目前电火花沉积电源设备功率仍然相对较小，单次制备涂层的增厚效率不高；且由于电极与基体材料只能使用导电材质，在一定程度上限定了该技术的广泛应用。

电火花沉积技术研究进展

1 不同种类涂层的研究

随着电火花沉积技术的发展，为了满足不同工况条件下零部件表面涂层对性能的要求，研究人员将电火花沉积技术成功应用于各类涂层的制备，其中包括金属涂层、硬质合金涂层、陶瓷涂层以及非晶合金涂层等。

1.1 金属涂层

电火花沉积技术最广泛的应用为制备金属涂层，选择具有优异性能的纯金属或合金材料作为电火花沉积的电极材料，在适当工艺参数下即可沉积出高质量金属涂层。在基体上沉积Cr 涂层[10]，可显著提高基体表面的耐蚀性和抗氧化性。在模具钢上制备Nb[11]、Mo[12]涂层，基体表面摩擦系数明显减小，耐磨性增强，涂层硬度较基体得到较大提升，从而延长了模具的使用寿命。使用司太立等具有良好耐磨耐蚀性能的合金为电极在模具等表面沉积涂层，可以显著提高其耐磨损和耐蚀性能[13]。

1.2 硬质合金涂层

硬质合金由硬质化合物（WC、TiC）和黏结金属（Co、Ni、Mo）通过粉末冶金工艺制成，具有高强度、高硬度、耐磨性优良等特点。利用电火花沉积方法采用钨钴类硬质合金（WC-Co 硬质合金）为电极材料[14-15]在钢等基体上沉积涂层，涂层与基体结合牢固，富含细小的硬质相颗粒，因而基体表面的硬度和耐磨性均获得较大的提升。

1.3 陶瓷涂层

陶瓷涂层具有高硬度、耐酸碱腐蚀、耐磨性能优良等特点。利用电火花沉积制备陶瓷涂层的方式有两种：一种为利用导电陶瓷（硼化物、碳化物等金属陶瓷）作为电极，直接在目标基体上沉积陶瓷涂层[16-18]，广泛应用于耐蚀性和耐磨性较差的机械零部件上；另一种方式为利用电火花沉积技术在目标基体上发生原位反应，通过电火花放电击穿作为反应组分的保护气体的同时，离子态的电极材料向基体表面沉积，电极、基体、保护气体反应生成陶瓷涂层，多用于钛合金表面强化。郝建军等[19]在充满氮气的密闭装置内，以TA2为工作电极，利用该技术在钛合金表面上制备了TiN/Ti 复合陶瓷涂层，显著提升了基体表面的硬度和耐磨性能。

1.4 非晶合金涂层

电火花瞬时高温局部熔化的电极材料在工件表面迅速冷却，液态金属在结晶温度以上高速冷却至结晶温度，为非晶的形成创造了有利的条件。非晶合金具有独特的结构特征，表现出许多不同于常规晶体的性能，因而该类涂层具备更高的硬度、耐磨、耐腐蚀以及抗氧化性。Liu 等[20]以Fe48Cr15Mo14Gd2C15B6非晶态合金棒为电极，在304 不锈钢上电火花沉积涂层，涂层组织致密具有非晶态结构，基体表面显微硬度和耐磨性均得到较大提升。

2 工艺参数的优化

电火花沉积的工艺参数对沉积涂层的效率及表面质量影响非常显著，合理的工艺参数是获得高质量沉积涂层的一种有效途径，近年来对于工艺参数研究越来越多，其中工艺参数分为：电压、电容、放电频率、保护气体成分及流量、电极移动速度以及电极与基体接触力等[21-23]。通过调节工艺参数制备的涂层，以厚度、粗糙度、硬度等性能指标作为评价其优劣和选择的依据。

在电火花沉积过程中电极材料与基体材料之间的放电能量大小影响电极材料的熔化速率，进而影响到整个涂层表面质量。放电能量增加，电极材料熔化的速度变快，从而通过电火花放电沉积所形成的沉积点也会变大，放电一次所转移的电极材料也会变多，但能量过大，电极放电过程中热量会迅速增大，温度升高，很难快速冷却，电极材料熔化飞溅剧烈导致涂层质量较差。由于脉冲电源的电容器放电能量与电容、电压参数有关，所以合理选择电容、电压从而控制放电能量可以有效提高沉积效率与涂层质量。

保护气体不仅可以防止涂层氧化，还会对电火花放电过程产生影响，影响涂层表面质量，Johnson 等[8]试验证明，在空气或氮气中，电极材料以球形液滴形式沉积到基体表面，而当保护气体为氩气时，电极材料以喷射形式沉积到基体表面，并且制备的涂层质量更加优良。目前广泛采用的氮气与氩气作用相似，主要用于隔绝氧气，防止涂层氧化，氮气也用在原位反应制备陶瓷涂层中。相对于氩气中制备涂层，一般认为空气中的氧气会恶化涂层的组织和性能。魏祥等[24]比较了在空气和氩气中电火花沉积制备的涂层，沉积层组织结构都很致密，但由于空气中富含氧气，在空气中制备的涂层发生了氧化，表面质量较差。在摩擦磨损试验中氩气中沉积涂层为空气中沉积涂层磨损量的1/7，表现出更好的耐磨性。

3 设备的发展

随着电火花沉积技术的广泛应用，暴露出一些设备存在的问题，普通的电火花沉积技术制备的涂层厚度较小；沉积过程多为人工手持操作、效率较低，加工的质量、速度直接取决于操作者的经验水平，涂层表面质量、高效生产的一致性难以实现；受电极形状影响很难对管状、环状以及一些复杂形状工件的内壁进行沉积操作。针对于这些问题，近年来国内外研究人员不断探索研究，在电源设备改进、与自动化控制结合、改进工作电极等方面取得一定成果。

3.1 改进电源设备

脉冲电源对电火花沉积技术的涂层质量与沉积效率有极大的影响，对其进行改进不仅可以提升加工精度与稳定性，还可以适用于不同电极材料的沉积。早期欧美国家研制的电火花沉积设备如F-5型、CARBUMATIG 等电源功率均较小，沉积效率低。20 世纪90年代日本研制了功率较大的Spark Depo 强化设备，使得表面强化层组织更加均匀，涂层厚度增加[25-26]。航空工业庆安集团有限公司研制出了一种ZS—116型号的电火花强化机，可以使电流在较大范围内调节。农业机械科学院所研制的电火花表面沉积设备，采用功率开关元件IBGT 控制电源的充放电过程，加工稳定性得到提升，放电能量增大，从而制备的涂层表面质量较好、厚度较大[27]。近年来，随着电火花沉积技术广泛应用对脉冲电源性能需求的提高，研究人员对脉冲电源研究逐渐增多，研制了一些功能较多、性能较好的电源设备，显著提高了电火花沉积技术的适用性和涂层质量。郭豫鹏[28]利用晶闸管与RLC 电路结合的控制方式，提高了电火花沉积设备的工作效率，为了满足不同电极材料的沉积，研制了可以在较大范围内调节参数的电源。但该类脉冲电源在沉积功率较大时存在一定不足，制备涂层质量较差，采用晶体管控制的RC 电源可以弥补该缺点，魏国[29]对晶体管控制的RC 式脉冲电源进行了改进，减少了脉冲间隔过长的问题，从而提高了电火花沉积效率与涂层质量。

3.2 实现自动化控制

目前大多数的电火花沉积设备由人工手持操作，广泛应用于局部缺陷的修复，但对于大面积的涂覆时，手工操作的效率较低，并且手工操作具有随意性，涂层表面质量一般，将电火花沉积设备实现自动化控制，可以提高涂层表面质量与沉积效率。Brochu 等[30]设计了一种自动的电火花沉积系统，搭建了一套自动沉积的平台，将电极枪固定在Z轴上，并利用程序控制实现了对平面齿轮形状涂层的自动沉积。Frangini 等[31]开发了一种自动控制电极进给从而满足电极材料消耗后及时补偿的弹性电火花沉积系统。该系统在动态控制接触力参数的情况下，采用多扫描方式进行自动沉积处理，并通过弹簧加载电极接触来实现。连勇等[32]通过电火花放电信号监测实时触发电极夹持机构运动动态调节电极与工件表面间距，如图2所示[32]，以解决CNC 数控自动电火花沉积过程中的电极消耗导致电极与基体间距变大问题，实现了涂层自动化连续沉积。Johnson 等[33]针对在非可视区域进行电火花沉积，设计了基于接触应变反馈调节的非视觉反馈系统，如图3所示，成功在7.62mm的管道内制备了涂层。

3.3 改进工作电极

为了实现在特殊形状零件上使用电火花沉积技术，如在细长管件内壁上沉积涂层，传统的硬质棒状电极受倾角的限制，不能完成细长管件内壁的涂层沉积。连勇等[34]利用柔性丝束进行管内沉积，电极枪通过金属导管驱动丝束电极在细长管内旋转，电极丝随着电极的转动与管件内壁接触产生电火花放电沉积，从而实现细长管内壁电火花沉积涂层的目的。Yue等[35]采用磁化电极对微细粉末进行吸附形成一个软刷，如图4所示[35]，电极可以密切跟踪工件的表面轮廓，实现不规则平面上电火花沉积，涂层沉积质量比传统工艺有一定提高。

图2 放电信号控制电火花自动沉积Fig.2 Discharge signal controls automatic electrospark deposition

4 复合技术

为消除电火花沉积涂层的缺陷，如裂纹、孔洞等，以进一步提升涂层的质量，研究人员将电火花沉积技术与热喷涂、激光熔覆、超声冲击处理等技术相结合，开展了有益的尝试，一些复合处理技术对于改善涂层组织和性能方面取得了一定效果。

（1）电火花沉积与电弧喷涂相结合。电弧喷涂涂层质量好、致密度高，广泛应用于制备结构钢防腐涂层，并且涂层防腐寿命长。赵建华等[36]使用复合技术在AZ91D 镁合金表面制备了耐蚀性涂层，该涂层孔隙率较低，致密性很高。复合技术涂层试样相对于电弧喷涂涂层试样，腐蚀速率大幅降低，自腐蚀电位正移40mV，从而证明了复合技术制备涂层使基体抗腐蚀能力更加优异。

（2）电火花沉积与激光熔覆相结合。电火花沉积涂层硬度很高、结合力较好但涂层的厚度较薄，利用复合技术可以改善电火花沉积工艺的不足，也可以减少激光技术所需要的成本较高的合金粉末。王建升等[37]在Q235 钢上激光熔覆铁基合金粉末，再利用电火花沉积WC 陶瓷硬质合金，涂层与基体表面结合良好，厚度达到140～160μm，基体表面硬度有较大提升，基体表面耐磨性提高两倍以上。

（3）电火花沉积与超声冲击处理相结合。电火花放电过程中基体材料表面熔化后快速凝固，会导致涂层产生拉应力，对涂层的磨损、疲劳和应力腐蚀性能产生一定负面影响，超声冲击处理技术可以降低涂层的残余应力，使涂层形成压应力从而改善疲劳性能。Liu 等[38]采用电火花沉积与超声冲击处理技术相结合，以GCr15为电极，在Ti6Al4V 基体上沉积涂层，沉积层的残余应力为压应力，最大值为717MPa，沉积涂层显著提高了表面耐磨性，涂层试样磨损体积损失比未沉积的试样减少了4个数量级。

电火花沉积技术在航空制造领域的应用

在电火花沉积采用导电的有一定熔点的金属、陶瓷等材料为电极，可用于表面涂层防护，提高表面的耐高温、耐磨、耐腐蚀能力，也可以用来对零部件表面缺陷进行修复，提高其使用寿命。随着电火花沉积技术的发展，在航空制造领域该技术也获得了很多的应用，如轴承表面耐磨涂层的制备、发动机叶片的修复等。

1 防护涂层制备

航空表面涂层技术在航空制造领域具有重要的作用，合理利用表面处理技术在航空零部件表面制备强化涂层，可以有效提升零部件的使用性能，使其具备耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等优异性能[39]。

1.1 耐磨涂层

飞机零部件经常发生磨损失效和腐蚀失效，易产生疲劳裂纹，利用电火花沉积技术对这些零部件进行表面处理，可以提高其工作表面的硬度和耐磨性能。如发动机叶片与机匣相磨，或与外物撞击易导致叶片产生裂纹，尖端损伤折断，如图5所示[40]。发动机轴承也会因为一些外部的因素导致其在转动过程中受到一定的磨损。硬质合金具有耐磨性好、硬度高等优点，采用电火花沉积技术将硬质合金沉积在零部件表面将有助于提高其表面硬度和耐磨性。高玉新等[41]以YG12为电极，在Cr12 钢表面沉积了致密的硬质合金涂层，涂层含有细小的硬质相，其硬度为基体的3倍，基体耐磨性能得到较大提升。吴公一等[42]以Zr、WC为电极材料，利用电火花沉积技术在TA2表面制备了复合涂层，基体表面硬度提升了4倍，耐磨性能提升了3倍以上。为了提高零部件表面耐磨性能和抗氧化性能，Burkov 等[43]采用电火花沉积方法在Ti6Al4V 合金上制备了不同Ti、Al含量的防护涂层，涂层试样使Ti6Al4V 合金在900℃温度下的抗氧化性能最高提升到3倍以上，涂层显微硬度为6.4～9.4GPa，耐磨性能最高提升为Ti6Al4V 合金的36倍。

图3 非视觉区域反馈系统Fig.3 Non-line-of-sight area feedback system

图4 磁辅助电火花沉积装置Fig.4 Magnetic-aided electrospark deposition device

1.2 热障涂层

热障涂层是高温部件最重要的防护涂层之一，该涂层可以提高零部件的工作温度，使高温结构材料能够满足当前航空发展的需要，保证航空机械稳定运行。MCrAlY是目前国内外广泛使用的热障涂层，选择电极材料为高温下能够形成稳定氧化物的材料，可显著提高基体的高温抗氧化性能。王令双[44]以NiCrAlY为电极材料，在GH4169 合金基体上制备了防护涂层，基体合金在高温氧化试验中出现剥落，容易失效，而涂层试样表面生成Al2O3保护膜，内部几乎没有缺陷，显著提高了基体合金的高温抗氧化性能。为了解决涡轮叶片在工作中氧化、磨损的问题，Xie等[45]以掺加TaC的MCrAlY 粉末制备的复合材料作为电极，在镍基高温合金表面上沉积制备了MCrAlY/TaC 金属基复合材料热障涂层，随着TaC含量的增加，抗氧化性能下降，但复合涂层的硬度提高。

1.3 阻燃涂层

作为减重效果良好的材料，钛合金被应用于紧固件、发动机零部件以及叶片的制造[46]，但钛合金耐燃性差，易着火燃烧，引发“钛火”故障，利用电火花沉积技术制备阻燃涂层可以有效降低设计成本，同时不改变现有结构基础，降低基体材料表面的可燃性，阻滞火灾的迅速蔓延。樊敏强等[47]以Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金为电极，利用电火花沉积技术在Ti40合金表面制备了厚度约为200μm的致密的非晶涂层，有效阻止了基体与氧接触，在液滴法钛火试验条件下证明了该涂层阻燃效果明显。

2 工件修复再制造

目前常用的再制造修复技术有喷涂修复、激光修复、电刷镀修复等，这些技术在不同的领域均获得了较好的应用，但都存在一些局限，如工艺操作复杂、修复质量不高、修复成本高等。电火花沉积技术作为一项表面处理技术，具有设备造价低、涂层结合力强等特点，在航空制造领域得到快速推广应用。因为电火花沉积设备便携，操作方便，不需要特殊的复杂的处理装置和设施，所以可以在设备使用现场进行修复，对于大型设备的零部件修复而言，现场修复可以大大节约成本。同时，待修复的金属表面，只需要进行打磨、清洗等简单地前处理，就可以进行修复，修复完成后的工件只需要少量的加工，进行简单的钳工修理即可。通常局部修复易产生应力集中，从而导致出现裂纹，降低被修复零部件的使用寿命。由于电火花放电对基体的热输入低，不会使待修复零部件表面产生较大应力，同时电极材料在电火花放电瞬间产生的高温高压环境下与基体表面冶金结合，形成的强化层结合强度较高，修复处理后不会导致工件的疲劳性能的较大变化。美国太平洋西北国家实验室开展的一项研究表明，在4340钢表面进行电火花沉积处理后材料的疲劳强度达到喷丸强化处理表面的82%[33]。

2.1 叶片零件的修复

汽轮机和飞机发动机的叶轮在高速、高温、高压工况下工作。由于工作介质中存在工业粉尘、氧化物颗粒和沙尘，叶片的固体颗粒侵蚀导致其表面粗糙度增大，随着侵蚀的发展出现凹坑和犁沟。严重的侵蚀导致叶片变薄，边缘呈锯齿状，脱落堵塞[48]。国外已经成功利用电火花沉积技术修复了飞机发动机叶片、直升机襟翼零部件，并取得了良好效果，如图6所示[49]。吴志星[50]对VK50-3型空压机磨损叶片进行了修复，并成功投入生产运行，修复的叶片各项机械性能和工艺参数均符合设备的使用要求。

2.2 轴类零件的修复

轴类摩擦构件长期在摩擦状态下工作，极易发生磨损缺陷，使其工作性能下降，甚至丧失。利用电火花沉积技术可以将零件快速修复，起到延长零件使用寿命的作用。某厂设备主轴在运行中磨损出现沟槽，对其进行简单的前处理工艺后，利用电火花沉积技术成功对凹坑进行了缺陷修补，提高了主轴的使用寿命[51]。郝建军等[52]对齿轮轴进行了电火花沉积修复，为了获得良好的表面质量，在沉积修补过程中使用锉刀对其进行打磨，经过不断沉积，直至沟槽修复填满，修复后的齿轮轴装机运行效果良好。

图5 发动机叶片失效特征Fig.5 Damaged features of engine blade

2.3 钛合金零件表面修复

钛合金因其性能优异被广泛用于航空零部件的制造，如飞机发动机与机身。针对钛合金零件的修复，谢剑舟[53]采用电火花沉积技术，制备了一定厚度的TA2 本体修复性涂层，并成功的对TA2表面预制损伤进行了修复。由于电火花沉积过程中熔化电极急速冷却的原因，细化了涂层的晶粒，使得修复的涂层硬度与耐磨性均得到提升。

2.4 利用复合技术修复

运用电火花沉积与激光扫描修复技术相结合，弥补了各自的技术缺陷，该技术已成功修复活塞杆、关键壳体，如图7所示[54]，支撑机构的腐蚀表面，同时该技术还运用于修复飞机磨损零部件的表面缺陷，如飞机挂梁导轨面上的点蚀缺陷，是由于微动磨损导致，经复合技术修复后的导轨基本无变形，且具有良好的耐磨抗腐蚀性能[54]。复合技术的成功应用为电火花沉积技术在航空制造领域拓宽了渠道，提高了被修复工件的质量，增加了电火花沉积修复的可靠性。

图6 电火花沉积修复实例Fig.6 Repairing cases of electrospark deposition

图7 复合技术对壳体修复过程Fig.7 Composite technology for shell repair process

结论

电火花沉积技术作为一种表面工程与再制造工程技术，在工具、模具、机械、航空航天等各个领域中应用广泛。随着电火花设备和工艺技术的不断发展，电火花沉积技术将会在表面强化和损伤修复中发挥更重要的作用，因此具有十分重要的工业应用价值。但目前仍存在一些问题，例如沉积层厚度有限、生产效率较低等问题，为了进一步促进这一技术的研究与应用，需要加强以下5个方面：

（1）加强对电火花沉积技术机理的研究。其中包括电火花放电机理与电极材料转移机理等，电火花沉积放电受电极、介质、基体等多因素影响，导致目前没有统一定论，对电火花沉积技术机理研究的深度不够，没有完整的理论体系。

（2）提高电火花沉积技术的沉积效率。虽然已经有研究人员对电火花沉积技术的自动化、半自动化加工进行了开发研究，但目前大多数实际生产应用还是需要人工手持沉积枪进行操作，自动化技术并未发展成熟。

（3）开发新型电极材料。电极材质是影响电火花沉积涂层质量性能的重要因素，为了获得更加优良的涂层性能，需要制备新型的电极材料，其中包括复合材料、优异性能的高熵合金以及金属间化合物等。

（4）研究新型的电火花沉积介质。工作介质也是影响电火花沉积涂层质量性能的因素，目前广泛采用的介质为惰性气体，不同工作介质的介电性不同，良好的介电性可以改善电火花沉积。

（5）加强对电火花复合加工技术的研究。复合加工技术即在电火花沉积技术的基础上，引入一些特殊的辅助措施，从而弥补电火花沉积技术的固有缺陷。研究新型的复合加工技术有利于使得涂层得到进一步的改善，从而满足工件以及设备的生产工作需要。