本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂層的方法。
背景技術(shù)：
材料學(xué)科學(xué)家及工程技術(shù)人員一直對(duì)鋁基材料進(jìn)行不斷深入的研究，鋁基材料也由傳統(tǒng)的鑄造鋁合金發(fā)展到改性鋁合金和鋁基復(fù)合材料。鋁基復(fù)合材料使得鋁合金的耐磨性和強(qiáng)度等綜合機(jī)械性能到了大幅度提高。然而，鋁基材料熔點(diǎn)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(yīng)用范圍。多年來(lái)，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(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)及超音速火焰噴涂涂層的優(yōu)異性能，各國(guó)學(xué)者和技術(shù)人員均在不斷地對(duì)其進(jìn)行深入研究，不斷地開拓其應(yīng)用領(lǐng)域。隨著材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)及超音速火焰噴涂技術(shù)自身的發(fā)展，超音速火焰噴涂技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的多個(gè)方面已獲得應(yīng)用或者存在巨大潛在應(yīng)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(zhì)村料，可以獲得具有特定性能的優(yōu)質(zhì)涂層，達(dá)到對(duì)普通材料表面改性的目的，延長(zhǎng)零部件使用壽命，擴(kuò)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(qiáng)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(tài)或液態(tài)燃料與高壓氧氣混合后在特定的燃燒室或噴嘴中燃燒，產(chǎn)生的高溫、高速的燃燒焰流被用來(lái)噴涂。由于燃燒火焰的速度是音速的數(shù)倍，目視可見焰流中明亮的“馬赫節(jié)”，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(jì)80年代研發(fā)成功的，與常規(guī)火焰噴涂不同的是超音速火焰噴涂采用特殊設(shè)計(jì)的燃燒室和噴嘴，驅(qū)動(dòng)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(tài)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(dá)8.2巴，火焰速度7倍音速以上。這類產(chǎn)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(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)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(fā)明的在先申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N“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(fā)明對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以找到替換W的物質(zhì)。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)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(zhì)；
(3)將10-15wt％Si、4-10wt％Al2O3、1-5wt％Cu和余量鋁的復(fù)合粉末混合均勻，研磨后調(diào)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?xì)怏w，氮?dú)鉃樗头蹥猓趪娚按只蟮匿X合金基材表面進(jìn)行超音速火焰噴涂，噴涂時(shí)，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?dú)鈮毫?.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-Al耐磨涂層。
本發(fā)明的涂層中，銅的加入，使得合金具有優(yōu)良的減摩作用，同時(shí)在熔覆層與鋁合金基材表面形成穩(wěn)定的金屬間化合物Al2Cu和Al2Cu3等，提供了優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度。
本發(fā)明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂層，其硬度大于315HV0.2，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(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-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(zhì)；
(3)將10wt％Si、4wt％Al2O3、1wt％Cu和余量鋁的復(fù)合粉末混合均勻，研磨后調(diào)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?xì)怏w，氮?dú)鉃樗头蹥猓趪娚按只蟮匿X合金基材表面進(jìn)行超音速火焰噴涂，噴涂時(shí)，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?dú)鈮毫?.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-Al耐磨涂層。
本發(fā)明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂層，其硬度為318HV0.2。
實(shí)施例2
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-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(zhì)；
(3)將15wt％Si、10wt％Al2O3、5wt％Cu和余量鋁的復(fù)合粉末混合均勻，研磨后調(diào)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?xì)怏w，氮?dú)鉃樗头蹥猓趪娚按只蟮匿X合金基材表面進(jìn)行超音速火焰噴涂，噴涂時(shí)，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?dú)鈮毫?MPa，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-Al耐磨涂層。
本發(fā)明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂層，其硬度位320HV0.2。
實(shí)施例3
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-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(zhì)；
(3)將13wt％Si、7wt％Al2O3、3wt％Cu和余量鋁的復(fù)合粉末混合均勻，研磨后調(diào)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?xì)怏w，氮?dú)鉃樗头蹥猓趪娚按只蟮匿X合金基材表面進(jìn)行超音速火焰噴涂，噴涂時(shí)，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?dú)鈮毫?.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-Al耐磨涂層。
本發(fā)明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂層，其硬度大于342HV0.2。
實(shí)施例4
一種鋁合金超音速火焰噴涂Si-Al2O3-Cu-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(zhì)；
(3)將14wt％Si、5wt％Al2O3、3wt％Cu和余量鋁的復(fù)合粉末混合均勻，研磨后調(diào)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?xì)怏w，氮?dú)鉃樗头蹥猓趪娚按只蟮匿X合金基材表面進(jìn)行超音速火焰噴涂，噴涂時(shí)，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?dú)鈮毫?.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-Al耐磨涂層。
本發(fā)明通過超音速火焰噴涂，在鋁合金表面熔覆一層Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂層，其硬度大于326HV0.2。