熱障涂層在內(nèi)燃機(jī)汽缸套上的應(yīng)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(yán)格等原因都對內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)提出了新的要求。近年來,一種新的內(nèi)燃機(jī)燃燒理論――“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”(HCCI)逐漸成為了研究的熱點(diǎn),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(nèi)燃燒溫度的降低,也導(dǎo)致未燃碳?xì)浜虲O排放升高,尤其是導(dǎo)致了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)熱效率的降低。
　　低散熱發(fā)動機(jī)是對活塞、缸蓋及汽缸套等內(nèi)燃機(jī)主要受熱零部件采取隔熱處理的發(fā)動機(jī)。在內(nèi)燃機(jī)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(yīng)用前景的方法。
　　本文的研究對象是內(nèi)燃機(jī)汽缸套,研究內(nèi)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(nèi)燃機(jī)汽缸套的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了計(jì)算,得出以下幾條結(jié)論:
　　(1)有涂層時(shí)的最高溫度比沒有涂層時(shí)汽缸套內(nèi)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(shí)比沒有涂層時(shí)要高的多,并且隨著涂

3、層厚度的增加,汽缸套內(nèi)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?xì)鉁囟茸兓淖兓皇羌皶r(shí)的,而是有一定的相位差;
　　(4)BC層與基體結(jié)合面處以及TBC層與BC層結(jié)合面處的最大等效熱應(yīng)力與平均等效熱應(yīng)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(shù)在2A70鋁合金上制備了以CoNiCrAlY為粘結(jié)層,ZrO2+8wt％Y2O3為表面陶瓷層的熱障涂層,并對其進(jìn)行了熱沖擊試驗(yàn),檢驗(yàn)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(jié)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(shí)間的延長,裂紋逐漸擴(kuò)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(nèi)部及粘結(jié)層和基體之間;
　　(2)熱沖擊裂紋的形成與擴(kuò)展主要在粘結(jié)層與鋁基體的界面處,徑向熱應(yīng)力和該位置的高溫氧化是導(dǎo)致在該處形成裂紋的主要原