采用耦合方法研究材料物性热效应对热障涂层活塞热特性的影响。以某柴油机活塞为研究对象,建立耦合模型并验证计算的正确性;基于材料物性参数随温度的变化,分析材料物性热效应对活塞温度场和热应力的影响。结果表明材料物性热效应对最高温度影响较小,温度波动约2.25%。考虑材料物性热效应的最大热应力为524MPa,比常物性参数的热应力值大。考虑材料物性热效应与常物性参数的最大热应力相差86MPa,因此材料物性热效应对活塞热应力的影响应引起高度重视。

基于第1轮燃气轮机国产化制造的经验与教训,提出了更为稳健的军民融合技术开发思路,对新采购到货的尾筒密封件通流外表面增设热障涂层。选用航空发动机修理用的先进涂层材料并研发了适用于燃气轮机的热障涂层制备工艺技术,完成了样品研制,分别在连续运行以及两班制运行的联合循环机组上进行了挂机实验。结果显示,涂层材料经受住了至少1个检修周期的运行考验,一些产品实现了延寿2个检修周期的目标,一些产品未能实现延寿至少1个检修周期的正常预期目标。部分实验未达到预期延寿目标主要是受限于尾筒密封件基材性能,其次是涂层制备工艺不稳定。提出热障涂层材料与制备工艺的技术改进设想,总结了主要成果、教训和不足之处。

降低摩擦损失是提高整机经济性并降低碳排放的有效途径。包括活塞环和活塞在内的活塞组件,工作条件恶劣,活塞组件-缸套系统的摩擦损失可占整机近50%。活塞组件往复运动过程中,在冲程的不同位置其速度不同,活塞组件-缸套的润滑模式也不同。在靠近上下止点处,较高的润滑油黏度对改善润滑和降低接触摩擦有利;在冲程中间处,更低的润滑油黏度对降低黏性摩擦有利。润滑油的黏度受温度影响很大。为了考察温度分布对活塞组件-缸套摩擦学性能的影响,本研究首先考虑润滑油温黏效应建立了活塞组件-缸套系统的润滑模型,用数值方法分析了不同的热障涂层方案对缸套温度分布和对活塞组件-缸套摩擦学性能的影响。分析结果表明,热障涂层在改善缸套温度分布和降低系统摩擦损失方面具有显著的效果。

广泛应用于高温部件的热障涂层,其凹凸不平的界面形貌不仅影响界面的结合强度、应力分布,严重时甚至会导致涂层剥离、层裂和失效.文中针对正弦波形界面形貌的热障涂层,研究了界面尺寸（微坑深度、宽度和间距）对界面残余应力的影响.结果表明,界面几何形貌突变越严重,应力突变也随之加剧;不同的微结构尺寸影响因素对残余应力影响各不相同,其中微坑深度对残余应力的影响最为显著.

为设计出稳定性更好、推力更强的航空发动机,热障涂层已成为目前研究的热点,而等离子喷枪的设计与制造是热障涂层研究的重点。在SULZER-METCO-9M设备等离子喷枪的基础上,根据易损件属性,结合现有理论知识和实际需求,对热障涂层等离子喷枪的关键零部件-阳极(喷嘴)、阴极和绝缘体进行设计和制造,以解决进口设备零部件短缺等问题,并逐步实现高端进口设备的国产化替代。