铸铝表面超音速火焰喷涂耐磨涂层与抗微动磨损性能研究

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微动磨损是工程应用中一种常见的损伤形式。许多服役于特殊或极端工况的关键内孔类铝合金零部件,在实际的应用中,零件内部接触面会在外界载荷或循环应力的作用下,受到一定程度的微动损伤,影响零部件的安全可靠性和使用寿命。因此,提高这类部件表面的抗微动磨损性能越来越重要。本文采用超音速火焰喷涂的方法在铝合金基体表面制备铝青铜、Cu Ni In和Ni Co Cr Al YTa三种耐磨防护涂层,对比分析涂层的截面形貌、显微硬度和结合强度,测试涂层在25℃、200℃和300℃下抗微动磨损性能,探究微动磨损机理。结果表明三种涂层都致密均匀、具有较高的硬度且与铝合金基体结合良好,在不同程度上改善了基体的抗微动磨损性能。测试温度不同,涂层的微动磨损机制也不尽相同。三种涂层中,铝青铜涂层的平均微动摩擦系数最低,作为优选涂层材料进行深入研究。为了在铸铝表面沉积更优质的铝青铜涂层,选取主要工艺参数(煤油流量、氧气流量、送粉速率和喷涂距离)设计4因素3水平正交实验,利用极差分析法分析实验结果,研究上述工艺参数对涂层孔隙率、厚度、显微硬度和结合强度的影响,确定最优工艺参数为:煤油流量22 L/h、氧气流量900 L/min、送粉速率80 g/min、喷涂距离200 mm。该工艺参数制备的铝青铜涂层的孔隙率、结合强度和显微硬度分别为0.10%、61.63 MPa和330.33 HV0.3。200℃下不同频率的微动磨损测试结果表明,随着频率的提高,铝青铜涂层的平均摩擦系数先升高后降低,磨损率呈下降趋势,磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损转变。采用斜入式超音速火焰喷涂技术,根据焰流宽度和孔径计算喷枪倾斜角度,利用激光定位的方法确定喷涂位置,实现在小孔径内孔零件的内表面制备铝青铜涂层。对于(?)28 mm和(?)42 mm的内孔分别采用35°和25°的喷枪倾斜角度,制备的铝青铜涂层致密,涂层厚度和显微硬度沿孔深方向分布均匀。
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