活塞作为发动机的“心脏”，其工作状况直接关系到发动机能否正常运转。现在追求发动机的高转速、高功率密度，因此工作温度和最大爆发压力会越来越高，高温热循环会导致活塞开裂，形成裂纹，使活塞失效，而传统的活塞有时无法满足要求。由于陶瓷具有抗磨损、抗腐蚀、耐热冲击等优良性能，陶瓷涂层在工业中被广泛使用，其中热障陶瓷涂层活塞就是重要的应用之一。陶瓷导热系数小，可以有效地降低热损失，提高热效率，当气缸的热损失降低后，更多的热量传递到排气系统，温度较高的废气循环可以降低HC（碳氢）的排放；另一方面，高温燃气燃烧后产生的热量能够被陶瓷涂层有效地阻隔，传递到活塞基体的热量减少，降低了活塞基体的温度差，从而导致更小的热应力。
工程常用的陶瓷涂层材料是氧化锆ZrO2，但是纯氧化锆在高温热循环时会发生晶体的相变，造成材料的不稳定，为了消除该影响，使用部分稳定氧化锆（PSZ）代替纯氧化锆。但是传统的陶瓷材料易脆，而金属材料具有良好的韧性和塑性，为了改善陶瓷的韧性和强度，增强陶瓷的断裂韧性，通常将金属氧化物如氧化钇（Y2O3）、氧化镁（MgO）等作为添加剂添加到PSZ中制备成Y-PSZ和Mg-PSZ，这种材料具有比单相陶瓷材料更好的抗机械疲劳性能和抗热循环疲劳性能，因此这种材料被成功地应用在如活塞、缸套等工作在高温热循环中的零件中。在此背景下，本文以硅铝合金活塞为基体，在其顶面采用低温性能更好的低压等离子喷涂技术喷涂Y-PSZ和Mg-PSZ，制成热障涂层活塞，针对这两种不同材料涂层的活塞进行温度场和热应力场的有限元分析，得到了热障涂层活塞的温度场和热应力分布规律，并且对比分析有无陶瓷层活塞温度场和热应力场的变化，为今后热障涂层活塞的设计打下坚实的基础，并提供理论支持。
结语
1）热障涂层对于降低活塞基体温度、减少热冲击对活塞的损伤、提高发动机的性能具有极其显著的效果。
2）Mg-PSZ涂层活塞和Y-PSZ涂层活塞均可以不同程度地降低活塞基体温度，但是活塞顶的温度却会上升。和无涂层活塞相比，Mg-PSZ涂层活塞顶层和Y-PSZ涂层活塞顶层的温度分别上升了50.49%和34.81%，但是对应的基体温度却分别下降了28.49%和17.34%。
3）无论是Mg-PSZ涂层活塞，还是Y-PSZ陶瓷涂层活塞，导致涂层可能剥落的最大热应力都在允许范围内，因此并不会出现陶瓷层的剥落。由于Y-PSZ的导热系数明显高于Mg-PSZ，导致基体温度差也高于Mg-PSZ涂层活塞基体，因此热应力也略高于Mg-PSZ涂层活塞基体，但是均低于无涂层活塞热应力。
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