活塞作為內(nèi)燃機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備的核心零部件，長(zhǎng)期處于高溫、高壓、高頻往復(fù)摩擦的極端工況中，其耐熱性直接決定設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性與使用壽命。高溫工況下，活塞需承受數(shù)百至上千攝氏度的瞬時(shí)溫度沖擊，易出現(xiàn)熱變形、熱疲勞、磨損甚至燒蝕等失效問(wèn)題，因此材質(zhì)耐熱性優(yōu)化是核心技術(shù)攻關(guān)方向。
材質(zhì)選型是耐熱性優(yōu)化的基礎(chǔ)，主流方案從傳統(tǒng)合金向高性能復(fù)合材料升級(jí)。傳統(tǒng)鋁合金活塞雖輕量化優(yōu)勢(shì)顯著，但耐熱極限較低，通過(guò)添加銅、鎳、硅等合金元素，優(yōu)化成分比例，可提升高溫強(qiáng)度與抗蠕變性能，適配中低溫工況需求。對(duì)于高溫重載場(chǎng)景，鑄鐵、鎳基合金及陶瓷基復(fù)合材料成為優(yōu)選，這類材質(zhì)本身具備優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，能在800℃以上環(huán)境中保持結(jié)構(gòu)完整。
材質(zhì)改性技術(shù)是突破耐熱瓶頸的關(guān)鍵手段。表面改性方面，采用等離子噴涂、激光熔覆等工藝，在活塞頂面及燃燒室表面制備耐高溫涂層，形成熱屏障，減少熱量向材質(zhì)內(nèi)部傳導(dǎo)，同時(shí)提升耐磨性與抗腐蝕能力。內(nèi)部改性通過(guò)粉末冶金、固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化等技術(shù)，細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)材質(zhì)內(nèi)部結(jié)合力，降低高溫下的變形風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)熱疲勞壽命。
此外，耐熱性優(yōu)化需結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工況適配，通過(guò)仿真模擬優(yōu)化活塞外形、散熱通道，配合冷卻系統(tǒng)提升散熱效率，進(jìn)一步降低材質(zhì)熱負(fù)荷。通過(guò)材質(zhì)選型升級(jí)、改性技術(shù)創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化，活塞可實(shí)現(xiàn)高溫工況下的穩(wěn)定運(yùn)行，為動(dòng)力設(shè)備高效、安全工作提供核心保障，推動(dòng)航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域高端裝備的技術(shù)升級(jí)。
