发动机活塞与气缸壁面因摩擦失效出现的窜气现象会降低燃油效率，增加废弃物的排放，严重制约活塞式发动机的应用范围。基于此，在发动机缸体内壁制备耐磨润滑涂层是有效的解决途径。
本研究采用热电化学微弧氧化技术对气缸进行表面处理，该技术利用微区弧光放电的瞬间高温在缸体内壁原位生成一层多孔陶瓷膜，该多孔陶瓷涂层工作时，不需要额外添加润滑剂，利用自身孔隙含浸的润滑液向表面析出，实现有效润滑作用，其润滑效果主要取决于孔隙中润滑介质的析出量，而析出量又受控于其固－液组成比、孔隙结构形态等所致的接触变形程度。为制备具有优异储油润滑性能的特定多孔结构陶瓷涂层，本研究通过调节负脉冲能量作用于火花形态控制膜层的表面特征，样品为ZL101A材质，双极性脉冲电源恒流控制模式，硅酸盐电解液体系，电源250Hz，占空比80%，采用三段式电压方案调节火花形态。
经实验测得，所制备陶瓷涂层在高速油润滑下的摩擦系数稳定在0.05，将制备的高硬度多孔储油陶瓷涂层组装成无人机进行台架试验，并模拟实际飞行状态，测量运行中的功率、油耗指标，验证航空发动机的性能与可靠性。结果显示，功率基本达标，全功率修正后为3.28kW，全功率油耗为480g/kW·h，检验结果合格，与目前领先的Ni-SiC陶瓷涂层对比，寿命延长22倍，摩擦力平均下降15.85%，功率平均增长2.9%，燃油耗平均降低4.81%。
本研究应用热电化学氧化技术，对铝合金发动机缸体内壁进行陶瓷化，与目前领先的Ni-SiC陶瓷涂层相比，热电化学氧化陶瓷涂层显微硬度更高，同时，其热障效应能够降低气缸内热量损失和发动机冷却的需求，结合优异的多孔储油结构，大大提高发动机功率，降低油耗，显著提高了铸铝发动机的服役寿命。
 
图1（a）、（b）、（c）三阶段火花形态，（d）电压曲线，（e）涂层截面硬度分布

图2（a）陶瓷化后的缸体内壁，（b）、（c）发动机Ni-SiC镀层气缸体与热电氧化陶瓷镀层气缸体功率、油耗对比

 

热电化学微弧氧化；多孔陶瓷；自润滑；发动机缸体；表面处理