熱障涂層在內燃機汽缸套上的應用研究及其數(shù)值模擬.pdf

1、世界能源的稀缺以及尾氣排放法規(guī)的日益嚴格等原因都對內燃機燃燒技術提出了新的要求。近年來,一種新的內燃機燃燒理論――“均質壓燃、低溫燃燒”(HCCI)逐漸成為了研究的熱點,這種燃燒方式使燃料得到充分的燃燒,并且有效的降低了NOx和碳煙的排放,但是缸內燃燒溫度的降低,也導致未燃碳氫和CO排放升高,尤其是導致了傳統(tǒng)內燃機熱效率的降低。
　　低散熱發(fā)動機是對活塞、缸蓋及汽缸套等內燃機主要受熱零部件采取隔熱處理的發(fā)動機。在內燃機主要受熱零部

2、件表面制備陶瓷涂層(又稱作熱障涂層)是目前較有應用前景的方法。
　　本文的研究對象是內燃機汽缸套,研究內容分為兩大部分。
　　第一部分是利用數(shù)值模擬軟件ANSYS12.0對制備有熱障涂層的內燃機汽缸套的溫度場和應力場進行了計算,得出以下幾條結論:
　　(1)有涂層時的最高溫度比沒有涂層時汽缸套內表面的最高溫度高,并且涂層越厚,最高溫度越高;
　　(2)沿壁厚方向的溫度梯度,有涂層時比沒有涂層時要高的多,并且隨著涂

3、層厚度的增加,汽缸套內外壁溫度梯度越大;
　　(3)由于材料的熱慣性,汽缸套的溫度隨燃氣溫度變化的變化不是及時的,而是有一定的相位差;
　　(4)BC層與基體結合面處以及TBC層與BC層結合面處的最大等效熱應力與平均等效熱應力均隨涂層厚度的增加而升高。
　　第二部分是利用熱噴涂技術在2A70鋁合金上制備了以CoNiCrAlY為粘結層,ZrO2+8wt％Y2O3為表面陶瓷層的熱障涂層,并對其進行了熱沖擊試驗,檢驗了該涂層

4、的抗熱沖擊性能,并在掃描電鏡下觀察了裂紋形成位置及成因,為熱障涂層的失效分析提供一些簡單的參考,主要得到以下兩條結論:
　　(1)涂層中出現(xiàn)的裂紋方向分為橫向和縱向,其中縱向裂紋始于陶瓷層表面,并隨著熱沖擊的時間的延長,裂紋逐漸擴展,并最終延伸到鋁基體表面;而橫向裂紋分別出現(xiàn)在陶瓷層內部及粘結層和基體之間;
　　(2)熱沖擊裂紋的形成與擴展主要在粘結層與鋁基體的界面處,徑向熱應力和該位置的高溫氧化是導致在該處形成裂紋的主要原