铝青铜具备铜合金的优异性能,同时还具有高强度、高硬度、高减摩耐磨性、良好的耐腐蚀性等,一般应用在拉伸模具、阀门材料、压制模具、发电厂等现代工艺领域中。然而,随着科学技术的发展,先前研究的一些Al含量较低的铝青铜合金已经远远不能够满足如今的使用需求,并且发现在基体上制备铝青铜涂层能够有效改善工件性能,这使得开发新型高铝青铜涂层具备重大的现实意义。铝青铜合金经固溶处理+时效处理能够起到消除残余应力及强化合金性能及组织的作用,因此,如何强化新型高铝青铜涂层具有一定的研究价值。本文通过氧乙炔热喷涂技术在45钢基体上制备Cu-10Al-X、 Cu-15Al-X和Cu-20Al-X三种不同A1含量的高铝青铜热喷涂涂层,并通过固溶时效处理对三种涂层进行后续热处理强化。试验通过不同固溶处理温度与时间、不同冷却方式及不同时效处理温度与时间研究了其对涂层组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响,确定了最佳工艺条件,制备出不同铝含量的涂层。试验采用了倒置金相显微镜和扫描电镜(SEM)表征涂层组织形貌、厚度及结合情况、EDS能谱仪与X射线衍射仪(XRD)分析涂层的物相结构、显微硬度计测量涂层显微硬度和表面综合测试性能仪检测涂层摩擦学特性,研究所得主要结论如下：固溶处理：Cu-10Al-X涂层、Cu-15Al-X涂层在600℃/0.5h固溶处理后空冷及Cu-20Al-X涂层在800℃/0.5h固溶处理后空冷组织发生了变化且硬质相多于其他条件,β相(Cu3Al)溶解生成其同素异构体β、马氏体(Cu3Al2相)、α-Cu相相对减少,生成了一定的硬质相从而强化涂层。涂层显微硬度得到提升,其中Cu-15A1-X涂层提升幅度最大,并在600℃/0.5h条件下固溶处理得到了比较明显的强化,显微硬度从固溶前的159.15HV01提高到固溶处理后的258.53HV0.1,主要存在固溶强化、马氏体相变强化及过剩相强化等强化机制,水冷涂层强化效果不如空冷涂层。时效处理：涂层在上述条件下固溶后空冷、400℃/1h时效处理组织与性能要优于其他时效条件。涂层主量相为α-Cu相、以Cu9Al4及Cu4Al相为代表的γ2相、β相(Cu3Al)、Al65Cu20Fe15等含Fe元素的硬质K相及致密的氧化膜Al203相,次量相为β、马氏体(Cu3Al2相)、Al-Ni相Al4Ni3等)及Cu20等。这些K相是由45钢基体中Fe扩散到涂层中形成的。涂层中硬质相形态表现为黑色区域中的流线型居多,其中Cu-15Al-X涂层硬质相含量多于其他两种涂层,析出更多Cu-Al相,其显微硬度提高到最大289.81HV0.1，三种涂层主要强化机制是时效沉淀强化、相变强化、过剩相强化、晶粒细化,水冷后涂层强化机制为时效强化及过剩相强化。涂层摩擦学性能：涂层摩擦磨损试验条件为时间15min、载荷50N、转速500r/min和滑动距离5mm,其表现为良好的减磨耐磨性,并优于其他试验条件。 (1)干摩擦条件下摩擦磨损：热处理条件为600℃/0.5h固溶处理后空冷、400℃/1h时效处理时,Cu-15Al一X涂层摩擦系数最低为0.42,要小于其他两种系列的涂层、固溶后空冷涂层及热处理前的涂层,改善了涂层减摩性；其磨损率也是三种系列涂层中最低的,大约为3.3×10-5mm3/Nm,说明涂层耐磨性得到提高。主要磨损形式为磨粒磨损和粘着磨损； (2)湿摩擦条件下摩擦磨损：在与干摩擦相同的磨损条件下添加861-136-E02润滑液使涂层减摩耐磨性能得到进一步的改善。Cu-15Al-X涂层摩擦系数降低到0.10,磨损率下降到0.18×10-5mm3/Nm。主要磨损形式为粘着磨损。