本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種鋁合金超音速火焰噴涂耐磨涂層的方法。
背景技術：
材料學科學家及工程技術人員一直對鋁基材料進行不斷深入的研究，鋁基材料也由傳統的鑄造鋁合金發展到改性鋁合金和鋁基復合材料。鋁基復合材料使得鋁合金的耐磨性和強度等綜合機械性能到了大幅度提高。然而，鋁基材料熔點低、硬度低和耐磨性差的缺陷仍沒有得到根本的克服，這在很大程度上限制了鋁合金的應用范圍。多年來，為了克服鋁合金的不足，鋁合金的整體改性和表面改性一直是人們努力的方向。
超音速火焰噴涂技術具有很多優點及超音速火焰噴涂涂層的優異性能，各國學者和技術人員均在不斷地對其進行深入研究，不斷地開拓其應用領域。隨著材料科學、計算機應用科學、自動控制技術及超音速火焰噴涂技術自身的發展，超音速火焰噴涂技術在工業領域的多個方面已獲得應用或者存在巨大潛在應用。
通過在普通材料表面超音速火焰噴涂具有特定性能的異質村料，可以獲得具有特定性能的優質涂層，達到對普通材料表面改性的目的，延長零部件使用壽命，擴大普通材料的使用范圍。這種表面改性包括改善材料表面的強度、耐磨性、耐腐蝕性(包括酸、堿、鹽腐蝕及氣體腐蝕)及耐高溫性等。
超音速火焰噴涂又稱作高速氧燃料噴涂(High Velocity Oxygen Fuel-HVOF)。超音速火焰噴涂是將氣態或液態燃料與高壓氧氣混合后在特定的燃燒室或噴嘴中燃燒，產生的高溫、高速的燃燒焰流被用來噴涂。由于燃燒火焰的速度是音速的數倍，目視可見焰流中明亮的“馬赫節”，因而一般都稱HVOF為超音速火焰噴涂。超音速火焰噴涂是在20世紀80年代研發成功的，與常規火焰噴涂不同的是超音速火焰噴涂采用特殊設計的燃燒室和噴嘴，驅動大流量的燃料并用高壓氧氣助燃，從而獲得了極高速度的燃燒焰流。采用液態燃料的噴槍，又稱作高壓超音速火焰噴涂(HP-HVOF)，其燃燒壓力可達8.2巴，火焰速度7倍音速以上。這類產品的代表是以航空煤油為燃料的JP5000型超音速火焰噴涂系統。
技術實現要素：
本發明的目的在于提出一種鋁合金超音速火焰噴涂耐磨涂層的方法，能夠大幅提高鋁合金的耐磨性能。
本發明的在先申請提出了一種“一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Cr-B-W-Al耐磨涂層的方法”，其在鋁合金表面熔覆一層Si-Cr-B-W-Al耐磨涂層，大大提高了鋁合金的耐磨性能。但由于其采用W，其加工困難、熔融共混也存在一定難度，因此本發明對其進行改進，以找到替換W的物質。
為達此目的，本發明采用以下技術方案：
一種鋁合金超音速火焰噴涂耐磨涂層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大于Ra25；
(2)將噴砂粗化處理后的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將10-15wt％Si、4-10wt％Al2O3、1-5wt％Cu、0.5-4wt％Mn和余量鋁的復合粉末混合均勻，研磨后調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的涂覆于鋁合金基材表面，在100-140℃下干燥；
(5)采用丙烷氣體為燃料，高壓氧氣為助燃氣體，氮氣為送粉氣，在噴砂粗化后的鋁合金基材表面進行超音速火焰噴涂，噴涂時，丙烷壓力為0.55-0.7MPa，流量為20-30L/min，氧氣壓力為0.65-0.7MPa，流量為180-200L/min，氮氣壓力為0.85-1MPa，流量為18-30L/min，噴涂厚度為700-800μm，得到熔覆于鋁合金表面的Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層。
本發明的涂層中，銅的加入，使得合金具有優良的減摩作用，同時在熔覆層與鋁合金基材表面形成穩定的金屬間化合物Al2Cu和Al2Cu3等，提供了優良的結合強度。
本發明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層，其硬度大于323HV0.2，較基體鋁合金性能提高5倍以上。大大增加了鋁合金的耐磨性能。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例1
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大于Ra25；
(2)將噴砂粗化處理后的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將10wt％Si、4wt％Al2O3、1wt％Cu、0.5wt％Mn和余量鋁的復合粉末混合均勻，研磨后調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的涂覆于鋁合金基材表面，在100℃下干燥；
(5)采用丙烷氣體為燃料，高壓氧氣為助燃氣體，氮氣為送粉氣，在噴砂粗化后的鋁合金基材表面進行超音速火焰噴涂，噴涂時，丙烷壓力為0.55MPa，流量為20L/min，氧氣壓力為0.65MPa，流量為180L/min，氮氣壓力為0.85MPa，流量為18L/min，噴涂厚度為700μm，得到熔覆于鋁合金表面的Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層。
本發明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層，其硬度為338HV0.2。
實施例2
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大于Ra25；
(2)將噴砂粗化處理后的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將15wt％Si、10wt％Al2O3、5wt％Cu、4wt％Mn和余量鋁的復合粉末混合均勻，研磨后調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的涂覆于鋁合金基材表面，在140℃下干燥；
(5)采用丙烷氣體為燃料，高壓氧氣為助燃氣體，氮氣為送粉氣，在噴砂粗化后的鋁合金基材表面進行超音速火焰噴涂，噴涂時，丙烷壓力為0.7MPa，流量為30L/min，氧氣壓力為0.7MPa，流量為200L/min，氮氣壓力為1MPa，流量為30L/min，噴涂厚度為800μm，得到熔覆于鋁合金表面的Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層。
本發明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層，其硬度位325HV0.2。
實施例3
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大于Ra25；
(2)將噴砂粗化處理后的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將13wt％Si、7wt％Al2O3、3wt％Cu、2wt％Mn和余量鋁的復合粉末混合均勻，研磨后調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的涂覆于鋁合金基材表面，在100℃下干燥；
(5)采用丙烷氣體為燃料，高壓氧氣為助燃氣體，氮氣為送粉氣，在噴砂粗化后的鋁合金基材表面進行超音速火焰噴涂，噴涂時，丙烷壓力為0.56MPa，流量為22L/min，氧氣壓力為0.68MPa，流量為185L/min，氮氣壓力為0.88MPa，流量為26L/min，噴涂厚度為730μm，得到熔覆于鋁合金表面的Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層。
本發明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層，其硬度大于341HV0.2。
實施例4
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大于Ra25；
(2)將噴砂粗化處理后的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將14wt％Si、5wt％Al2O3、3wt％Cu、1.5Mn和余量鋁的復合粉末混合均勻，研磨后調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的涂覆于鋁合金基材表面，在110℃下干燥；
(5)采用丙烷氣體為燃料，高壓氧氣為助燃氣體，氮氣為送粉氣，在噴砂粗化后的鋁合金基材表面進行超音速火焰噴涂，噴涂時，丙烷壓力為0.63MPa，流量為24L/min，氧氣壓力為0.68MPa，流量為190L/min，氮氣壓力為0.92MPa，流量為21L/min，噴涂厚度為760μm，得到熔覆于鋁合金表面的Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層。
本發明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Mn-Al耐磨涂層，其硬度大于336HV0.2。