活塞作为发动机的重要组成零件,其工作环境十分恶劣,一般在高温、高压、高速及润滑不良等条件下进行工作。为了满足活塞不同的工况要求,需开发高强度、高导热、低热膨胀及具有优良的减磨性与耐磨性的活塞材料。目前,已经产业化的活塞材料包括铸铁、钢和铝硅合金。铸铁活塞与钢活塞具有较高的导热性与机械强度,但是其密度较大且对缸套的磨损较为严重。铝合金导热性好、强度高、密度低,但是铝合金的热膨胀系数较大、耐磨性较差,容易降低活塞工作寿命。由于发动机设计广泛采用增压强化技术,对活塞性能的要求越来越苛刻,为此,研究新型活塞材料迫在眉睫。铝基复合材料则兼具铝合金基体与增强相的优点,石墨的热膨胀系数低,具有优秀的导热性、减磨性和耐磨性,为了改善铝硅合金活塞材料的耐磨性能,降低其热膨胀系数,可将石墨与铝硅合金进行复合,但是石墨与铝合金的界面润湿性较差,故利用镀铜石墨和镀镍石墨代替石墨与铝硅合金进行复合以改善其界面的润湿性。本研究以ZL105铝合金为基体,镀铜石墨和镀镍石墨作为增强体,采用真空热压烧结工艺制备出活塞用铝-镀覆石墨复合材料。其中镀覆石墨含量为40 wt%、50 wt%、60 wt%,烧结时间为60 min。烧结温度为500℃～580℃,结果表明,当烧结温度为560℃时,铝-镀覆石墨复合材料的各项性能达到最佳。研究发现,铝-镀覆石墨复合材料中的镀覆石墨分布均匀,无明显团聚现象。镀镍石墨的镀覆层包覆效果优于镀铜石墨,且其与铝合金界面结合的更好。铝-镀覆石墨复合材料的力学性能随着镀覆石墨含量的增加而降低,且在同等条件下,铝-镀镍石墨复合材料的力学性能优于铝-镀铜石墨复合材料。当镀覆石墨含量为40 wt%时,铝-镀铜石墨复合材料的压缩强度与抗弯强度分别为219 MPa和88 MPa,而铝-镀镍石墨复合材料的压缩强度与抗弯强度分别为297.4 MPa和109.2 MPa。通过不同镀覆石墨含量的铝-镀覆石墨复合材料的热学性能实验所得的数据表明,铝-镀覆石墨复合材料具有优秀的热学性能。随着镀覆石墨含量的增加,铝-镀覆石墨复合材料的热导率逐渐增加,热膨胀系数逐渐降低。由于复合材料的热学性能受到镀覆层铜和镍自身热学性能的影响,铝-镀铜石墨复合材料的热导率及热膨胀系数均高于铝-镀镍石墨复合材料。当镀覆石墨含量为60 wt%时,铝-镀铜石墨复合材料的热导率与热膨胀系数分别为457 W/（m·k）和11.8×10-6/K,铝-镀镍石墨复合材料的热导率与热膨胀系数分别为401 W/（m·k）和11×10-6/K。通过研究铝-镀覆石墨复合材料在不同温度,不同载荷,不同转速下的摩擦系数和体积磨损量,并对各材料的磨痕形貌进行观察,得到各材料在不同试验条件下的磨损机理。实验结果表明,镀覆石墨的加入极大的改善了复合材料的减磨性与耐磨性,两种铝-镀覆石墨复合材料的摩擦系数与体积磨损量均低于ZL105铝合金。随着温度的增加,铝-镀覆石墨复合材料的摩擦系数逐渐降低,当温度达到300℃时,铝-镀铜石墨复合材料的摩擦系数为0.23,体积磨损量为0.34 mm~3。铝-镀镍石墨复合材料的摩擦系数为0.09,体积磨损量为0.59 mm~3。而此时ZL105铝合金的摩擦系数为0.5,体积磨损量高达4.52 mm~3。随着载荷与转速的增加,各材料的摩擦系数逐渐降低,体积磨损量逐渐升高。当载荷达到12 N时,铝-镀铜石墨复合材料的摩擦系数与体积磨损量分别为0.176和0.35 mm~3,铝-镀镍石墨复合材料的摩擦系数与体积磨损量分别为0.24和0.31mm~3。当转速达到750 r/min时,铝-镀铜石墨复合材料的摩擦系数与体积磨损量分别为0.24和0.34 mm~3,铝-镀镍石墨复合材料的摩擦系数与体积磨损量分别为0.25和0.19mm~3。铝-镀覆石墨复合材料的主要磨损机理为分层磨损和磨粒磨损,而ZL105铝合金的主要磨损机理为分层磨损、黏着磨损和磨粒磨损。