摘要
金属基热防护涂层早在20世纪初便得到了应用，但由于金属基热防护涂层一般不具备良好的隔热性能，限制了其进一步发展。而1984年发现的准晶材料是一种晶体结构介于晶体与非晶体之间的固体有序相，兼具长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性，特殊的结构使其在力学、摩擦学以及隔热等方面性能突出，在中温热防护领域具有较好的应用前景。其中铝基准晶种类较多，研究较为深入，在减摩耐磨，隔热等方面优于其他准晶。目前铝基准晶热喷涂涂层制备主要使用等离子喷涂、超音速火焰喷涂等方法，而爆炸喷涂涂层具有结合强度高的特点，对提高涂层性能具有较好的作用。因此本文用爆炸喷涂制备了Al-Cu-Fe和Al-Cu-Fe-Sc两种涂层，首先对Al-Cu-Fe和Al-Cu-Fe-Sc两种粉末进行了退火处理并进行了性能表征，随后分别探究了Al-Cu-Fe涂层和Al-Cu-Fe-Sc涂层制备工艺的参数优化，研究了最优工艺参数下制备的两种涂层的隔热性能，分析了热处理对两种涂层硬度、结合强度以及耐蚀性能的影响，探究了两种涂层室温和高温下的摩擦学性能。研究结果表明:1.退火处理对提高粉末准晶含量有明显作用，经800℃退火后可以使粉末中的准晶含量达到95％以上。Al-Cu-Fe涂层优化的参数为56％的氧燃充枪比，150mm的喷涂距离和4枪/s的喷涂频率;Al-Cu-Fe-Sc涂层优化的参数为56％的氧燃充枪比，210mm的喷涂距离，1枪/s的喷涂频率。 2最优参数下制备的Al-Cu-Fe涂层和Al-Cu-Fe-Sc涂层，700℃下的比热容分别为0.749J/(g·K)和0.719J/(g·K)，热导率分别为5.913 W/(m· K)和8.747W/(m·K)，具有良好的隔热性能。 3.热处理后Al-Cu-Fe涂层的表面硬度从569.4HV0.3上升到了658.33HV0.3，结合强度从33.25MPa上升到了58.75MPa; Al-Cu-Fe-Sc涂层热处理后表面硬度从566.01HV0.3上升到了643.68HV0.3，结合强度从53MPa上升到了69.75MPa，加入Sc元素提升了涂层的结合强度。 4.Al-Cu-Fe涂层在5N、15N、25N载荷下的室温和高温摩擦系数分别为0.526～0.635以及0.512～0.768，Al-Cu-Fe-Sc涂层分别为0.511～0.656以及0.500～0.578;在15N和25N载荷下两种涂层的磨损率比基体低一个数量级以上。室温环境下，两种涂层磨损机制随载荷升高从磨粒磨损逐渐转变为以粘着磨损为主;高温摩擦磨损则基本都以粘着磨损为主，部分载荷下存在剥层磨损。 5.Al-Cu-Fe涂层和Al-Cu-Fe-Sc涂层退火处理前的耐蚀性与基体相差不大，但退火处理后耐蚀性明显增强，自腐蚀电位相近时自腐蚀电流密度分别降低至退火前的1/4和1/5 。
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