内燃机中最核心的摩擦副是活塞环-缸套,它们对保证内燃机的稳定工作有重要的意义。在工作过程中,活塞环与缸套之间极易发生磨损。特别是高温高压易腐蚀的工作环境,则要求活塞环自身具有良好的耐磨性能。在工程实际中,经常通过对活塞环进行表面涂层处理来提高活塞环的耐磨性能。本文选择热固性聚酰亚胺（TPI）作为涂层基体材料,利用硅烷偶联剂（APS）合成了聚酰亚胺（TPI）、还原石墨烯（r-GO）和碳化硅（Si C）的复合物（r-GO/Si C/TPI）,并研究所制备上述材料的力学性能、热学性能及摩擦磨损性能,利用Workbench分析软件在热力耦合状态下对涂层后的活塞环-缸套系统进行了耦合仿真。具体研究工作如下:（1）通过对活塞环的工作条件进行简单分析,得出其在工作中对涂层材料的性能要求,并选择制备出了TPI及其复合材料。通过相关表征可以发现,所制备的r-GO/Si C/TPI中,r-GO与Si C之间不是单纯的混合,而是存在一定的化学键;通过对所制备的材料进行压缩性能分析可得,相对于纯TPI而言,填充颗粒的加入能明显提高其压缩模量和压缩强度,特别是r-GO/Si C材料的加入,相对于纯TPI而言,其压缩模量和压缩强度分别提高了47.32%和37.7%;通过对改性后材料的热学性能测试可得,r-GO/Si C/TPI的耐热性指数（THRI）相对于纯TPI的THRI提高了5.42%,且其分解温度远高于活塞环的工作温度,表明所制备的材料具有优异的力学性能和热学性能,能满足作为活塞环涂层的基本条件。（2）研究含有不同百分比填充物的TPI复合材料在不同载荷下的摩擦学性能,得出其摩擦系数和磨损率,结果显示在加入一定量的填充物之后,TPI的摩擦系数和磨损率均有减小,且r-GO/Si C/TPI复合材料的摩擦系数最低,如在相同载荷下,纯TPI、r-GO/TPI和r-GO/Si C/TPI复合材料的最低磨损率分别为5.28×10-7mm3N-1m-1、2.13×10-7mm3N-1m-1和6.41×10-8mm3N-1m-1。与纯TPI相比,r-GO/Si C/TPI复合材料的磨损率降低了一个数量级。通过进一步对磨损表面进行观察发现,在纯TPI样品的磨损表面有剥落、断裂和犁沟等缺陷,而r-GO/Si C/TPI复合材料的表面没有这些缺陷;观察对偶环上形成的转移膜发现,不同材料在对偶环上形成的转移膜的致密程度不同,且r-GO/Si C/TPI形成的转移膜最为均匀致密;进一步对转移膜的成分进行研究可以得出,r-GO/Si C/TPI在对偶件表面形成的转移膜的主要元素成分为Si,这是由于在磨损过程中Si C附着在对偶件表面形成的转移膜具有自润滑特性,有效地阻挡了TPI的大范围粘着磨损,并使磨损形式变化为磨粒磨损。这些现象表明r-GO/Si C复合材料对聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能存在协同效应。（3）在热力耦合状态下对涂层后的活塞环-缸套系统进行仿真分析,结果表明涂层的应用不会引起活塞环-缸套系统的温度异常,且各部件的散热性能也基本保持不变;涂层的应用对活塞环的工作应力有明显的改善情况,从193.72MPa减小至168.55MPa,同比减小了12.99%,这说明涂层的应用能有效改善活塞环的工作条件,从而延长其工作寿命;涂层的应用对活塞和缸套的应力和应变也有一定改善效果,这为涂层在工程实际中的应用提供了参考。