本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种铝合金超音速火焰喷涂Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层的方法。
背景技术：
材料学科学家及工程技术人员一直对铝基材料进行不断深入的研究，铝基材料也由传统的铸造铝合金发展到改性铝合金和铝基复合材料。铝基复合材料使得铝合金的耐磨性和强度等综合机械性能到了大幅度提高。然而，铝基材料熔点低、硬度低和耐磨性差的缺陷仍没有得到根本的克服，这在很大程度上限制了铝合金的应用范围。多年来，为了克服铝合金的不足，铝合金的整体改性和表面改性一直是人们努力的方向。
超音速火焰喷涂技术具有很多优点及超音速火焰喷涂涂层的优异性能，各国学者和技术人员均在不断地对其进行深入研究，不断地开拓其应用领域。随着材料科学、计算机应用科学、自动控制技术及超音速火焰喷涂技术自身的发展，超音速火焰喷涂技术在工业领域的多个方面已获得应用或者存在巨大潜在应用。
通过在普通材料表面超音速火焰喷涂具有特定性能的异质村料，可以获得具有特定性能的优质涂层，达到对普通材料表面改性的目的，延长零部件使用寿命，扩大普通材料的使用范围。这种表面改性包括改善材料表面的强度、耐磨性、耐腐蚀性(包括酸、碱、盐腐蚀及气体腐蚀)及耐高温性等。
超音速火焰喷涂又称作高速氧燃料喷涂(High Velocity Oxygen Fuel-HVOF)。超音速火焰喷涂是将气态或液态燃料与高压氧气混合后在特定的燃烧室或喷嘴中燃烧，产生的高温、高速的燃烧焰流被用来喷涂。由于燃烧火焰的速度是音速的数倍，目视可见焰流中明亮的“马赫节”，因而一般都称HVOF为超音速火焰喷涂。超音速火焰喷涂是在20世纪80年代研发成功的，与常规火焰喷涂不同的是超音速火焰喷涂采用特殊设计的燃烧室和喷嘴，驱动大流量的燃料并用高压氧气助燃，从而获得了极高速度的燃烧焰流。采用液态燃料的喷枪，又称作高压超音速火焰喷涂(HP-HVOF)，其燃烧压力可达8.2巴，火焰速度7倍音速以上。这类产品的代表是以航空煤油为燃料的JP5000型超音速火焰喷涂系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种铝合金超音速火焰喷涂耐磨涂层的方法，能够大幅提高铝合金的耐磨性能。
本发明的在先申请提出了一种“一种铝合金超音速火焰喷涂Si-Cr-B-W-Al耐磨涂层的方法”，其在铝合金表面熔覆一层Si-Cr-B-W-Al耐磨涂层，大大提高了铝合金的耐磨性能。但由于其采用W，其加工困难、熔融共混也存在一定难度，因此本发明对其进行改进，以找到替换W的物质。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝合金超音速火焰喷涂耐磨涂层的方法，其包括：
(1)将铝合金基材喷砂粗化处理，粗糙度大于Ra25；
(2)将喷砂粗化处理后的铝合金基材除去表面杂质；
(3)将10-15wt％Si、4-10wt％Al2O3、1-5wt％Cu和余量铝的复合粉末混合均匀，研磨后调配成料浆；
(4)将所述料浆均匀的涂覆于铝合金基材表面，在100-140℃下干燥；
(5)采用丙烷气体为燃料，高压氧气为助燃气体，氮气为送粉气，在喷砂粗化后的铝合金基材表面进行超音速火焰喷涂，喷涂时，丙烷压力为0.55-0.7MPa，流量为20-30L/min，氧气压力为0.65-0.7MPa，流量为180-200L/min，氮气压力为0.85-1MPa，流量为18-30L/min，喷涂厚度为700-800μm，得到熔覆于铝合金表面的Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层。
本发明的涂层中，铜的加入，使得合金具有优良的减摩作用，同时在熔覆层与铝合金基材表面形成稳定的金属间化合物Al2Cu和Al2Cu3等，提供了优良的结合强度。
本发明通过超音速火焰喷涂，在铝合金表面熔覆一层Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层，其硬度大于315HV0.2，较基体铝合金性能提高5倍以上。大大增加了铝合金的耐磨性能。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种铝合金超音速火焰喷涂Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层的方法，其包括：
(1)将铝合金基材喷砂粗化处理，粗糙度大于Ra25；
(2)将喷砂粗化处理后的铝合金基材除去表面杂质；
(3)将10wt％Si、4wt％Al2O3、1wt％Cu和余量铝的复合粉末混合均匀，研磨后调配成料浆；
(4)将所述料浆均匀的涂覆于铝合金基材表面，在100℃下干燥；
(5)采用丙烷气体为燃料，高压氧气为助燃气体，氮气为送粉气，在喷砂粗化后的铝合金基材表面进行超音速火焰喷涂，喷涂时，丙烷压力为0.55MPa，流量为20L/min，氧气压力为0.65MPa，流量为180L/min，氮气压力为0.85MPa，流量为18L/min，喷涂厚度为700μm，得到熔覆于铝合金表面的Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层。
本发明通过超音速火焰喷涂，在铝合金表面熔覆一层Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层，其硬度为318HV0.2。
实施例2
一种铝合金超音速火焰喷涂Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层的方法，其包括：
(1)将铝合金基材喷砂粗化处理，粗糙度大于Ra25；
(2)将喷砂粗化处理后的铝合金基材除去表面杂质；
(3)将15wt％Si、10wt％Al2O3、5wt％Cu和余量铝的复合粉末混合均匀，研磨后调配成料浆；
(4)将所述料浆均匀的涂覆于铝合金基材表面，在140℃下干燥；
(5)采用丙烷气体为燃料，高压氧气为助燃气体，氮气为送粉气，在喷砂粗化后的铝合金基材表面进行超音速火焰喷涂，喷涂时，丙烷压力为0.7MPa，流量为30L/min，氧气压力为0.7MPa，流量为200L/min，氮气压力为1MPa，流量为30L/min，喷涂厚度为800μm，得到熔覆于铝合金表面的Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层。
本发明通过超音速火焰喷涂，在铝合金表面熔覆一层Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层，其硬度位320HV0.2。
实施例3
一种铝合金超音速火焰喷涂Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层的方法，其包括：
(1)将铝合金基材喷砂粗化处理，粗糙度大于Ra25；
(2)将喷砂粗化处理后的铝合金基材除去表面杂质；
(3)将13wt％Si、7wt％Al2O3、3wt％Cu和余量铝的复合粉末混合均匀，研磨后调配成料浆；
(4)将所述料浆均匀的涂覆于铝合金基材表面，在100℃下干燥；
(5)采用丙烷气体为燃料，高压氧气为助燃气体，氮气为送粉气，在喷砂粗化后的铝合金基材表面进行超音速火焰喷涂，喷涂时，丙烷压力为0.56MPa，流量为22L/min，氧气压力为0.68MPa，流量为185L/min，氮气压力为0.88MPa，流量为26L/min，喷涂厚度为730μm，得到熔覆于铝合金表面的Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层。
本发明通过超音速火焰喷涂，在铝合金表面熔覆一层Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层，其硬度大于342HV0.2。
实施例4
一种铝合金超音速火焰喷涂Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层的方法，其包括：
(1)将铝合金基材喷砂粗化处理，粗糙度大于Ra25；
(2)将喷砂粗化处理后的铝合金基材除去表面杂质；
(3)将14wt％Si、5wt％Al2O3、3wt％Cu和余量铝的复合粉末混合均匀，研磨后调配成料浆；
(4)将所述料浆均匀的涂覆于铝合金基材表面，在110℃下干燥；
(5)采用丙烷气体为燃料，高压氧气为助燃气体，氮气为送粉气，在喷砂粗化后的铝合金基材表面进行超音速火焰喷涂，喷涂时，丙烷压力为0.63MPa，流量为24L/min，氧气压力为0.68MPa，流量为190L/min，氮气压力为0.92MPa，流量为21L/min，喷涂厚度为760μm，得到熔覆于铝合金表面的Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层。
本发明通过超音速火焰喷涂，在铝合金表面熔覆一层Si-Al2O3-Cu-Al耐磨涂层，其硬度大于326HV0.2。