论文部分内容阅读
针对开发大功率铝合金活塞中,存在活塞端部温度高,局部应力集中,表面容易出现裂纹,热效率低,无法使大功率柴油发动机连续工作的实际,本论文利用等离子喷涂法在铝合金活塞表面喷涂Cu-Al2O3梯度陶瓷涂层,增加活塞表面的抗热震性和隔热性,降低活塞温度分布不均匀程度,缓解局部应力集中,减少燃气传递到冷却系统的损失,提高燃烧室温度,增加热效率,降低废气排放量。通过改变喷涂距离,调节氢气的压强等方法,得到了在铝基体上制备陶瓷梯度涂层的合理工艺参数；利用SEM、金相显微镜等手段分析了梯度涂层的成分分布和微观形貌；并对涂层的残余应力,结合强度、抗热震性能、孔隙率、隔热性能进行了测定,为今后铝基体上梯度涂层的设计和制备提供了理论依据。通过研究得到以下结论：铝表面喷涂梯度陶瓷涂层,喷涂距离、氢气流量与钢基体喷涂不同,喷涂距离以150mm为宜,氢气压力选择0.12MPa为宜；梯度涂层中,从基体至涂层表面,沿涂层厚度方向,Al2O3含量逐渐增多,Cu的含量逐渐减少,涂层各成分间并不存在明显的成分突变和由此产生的宏观层间界面,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观连续性的分布特征。过渡元素Cu的加入有效的缓解了涂层的残余应力,梯度涂层陶瓷工作面上的残余应力约为双层陶瓷涂层的1/4,在A1203含量为40%、60%的过渡层出现了有利于涂层结合强度的压应力。纯Cu粉末作为打底层,结合强度较低；NiAl粉末是良好的打底层材料,NiAl与铝基体的结合除机械嵌合外还存在着较大的冶金结合；随Al2O3含量的增加,结合强度呈递减趋势：1.3mm的梯度涂层涂层在400℃下热循环350次,未出现边缘的脱落；梯度过渡层的孔隙率随着Al2O3含量的增加而降低,表面纯陶瓷层孔隙率最高,为8.37%。梯度涂层有较好隔热性能,隔热温度随着纯Al2O3涂层厚度的增加而明显增大,随炉温的升高隔热温度升高。