微耕机是西南丘陵山地常用的耕作机器,但是由于我国设施农业水平较低,土地平整度较差,在耕作过程中,微耕机的内燃机常出现各种问题。尤其是微耕机常用的单缸风冷柴油机,由于散热性较差、动力输出变化大,常出现拉缸、过度磨损、烧机油、冒黑烟等现象,严重制约了微耕机的使用效率。针对微耕机单缸柴油机的这些问题,本研究拟探索一种新型、轻量化、高耐磨、高导热、与其缸体匹配良好的气缸套材料及制备方法。该气缸套以成本相对低廉的过共晶Al-Si合金为原材料,以工艺参数易于控制的电磁离心铸造制备成形。利用电磁离心复合力场的分离、细化功能,将初晶Si颗粒偏聚在气缸套的内层或外层区域,形成初晶Si颗粒局部具有高体积分数、细化并均匀分布的梯度复合材料气缸套。利用初晶Si颗粒的高硬度、高耐磨特性以及铝合金高导热的特点,提高气缸套的耐磨性及散热性,改善单缸风冷柴油机的性能。为此,论文主要开展了如下研究与工作:（1）单一初晶Si颗粒增强的铝梯度复合材料的研究。本部分是以Al-19Si高硅铝合金为试验对象,在原单一离心铸造的基础上添加电磁场开展研究。研究发现,施加电磁场后,随磁场强度的增大,初晶Si颗粒得到明显的细化,其平均粒径原来的70μm降至37μm;颗粒的分布也变得更加均匀,原来的颗粒粘连现象得到显著改善。但是,由于初晶Si颗粒的密度与铝液的密度相差很小,初晶Si颗粒的局部偏聚现象不明显,并且,在内层区域,有大量的气孔、夹渣与缩孔分布。（2）初晶Si与Mg₂Si颗粒共同增强铝梯度复合材料的研究。在Al-19Si合金的基础上,以Al-19Si-5Mg为研究对象,通过向铝液中添加Mg引入了初晶Mg₂Si颗粒。研究发现,由于熔体中新增了密度更小的初晶Mg₂Si颗粒,在试样径向方向上,存在明显的分层现象,即初晶Si与初晶Mg₂Si颗粒几乎全部聚集在气缸套的内层形成内层具有高体积分数的梯度复合材料,并且,通过施加电磁场,不但可以细化初晶Si颗粒,Mg₂Si颗粒也得到一定的细化。但是,由于施加电磁场后,铸型中熔体的实际转速降低,离心浮力减弱,气孔、夹渣等的向心速度也减弱,导致在梯度材料的内层及中间层出现了大量的宏观缺陷。这种初晶颗粒与缺陷共存的现象严重削弱了增强层的性能。（3）初晶Si与NiAl₃颗粒共同增强铝梯度复合材料的研究。为了避免初晶颗粒与夹渣、气孔同时向内层聚集的不足,通过试验,确定了以Al-15Si-6Ni为本部分的研究对象。研究发现,由于引入了Ni元素,材料中出现了大量密度大于铝液的颗粒状初晶NiAl₃,电磁离心成形后,成功制备了初晶Si与初晶NiAl₃颗粒在外层偏聚,气孔、夹渣、缩孔等缺陷在内层聚集的梯度复合材料,彻底实现了增强层与缺陷层的分离。对初晶颗粒的运动分析发现,在相同位置,初晶NiAl₃颗粒的速度、加速度大小均大于初晶Si颗粒。在初晶NiAl₃颗粒的推动下,大量初晶Si向外层运动,少量停留在中间层或偏聚在内层。（4）初晶Si与NiAl₃颗粒外层增强铝梯度复合材料力学性能研究。为了探讨这种外层颗粒增强梯度复合材料成为气缸套材料的可行性,本部分对其主要力学性能指标进行了测试与分析。硬度结果表明,Al-15Si-6Ni的宏观硬度呈现出外层高、内层低的梯度递减趋势。施加磁场后,试样的宏观硬度有所提高;磁场继续增大时,硬度反而下降。摩擦磨损结果表明,Al-15Si-6Ni的外层耐磨性大于内层;外层磨损量与灰铸铁相近,即耐磨性接近灰铸铁;2A时,磁场对试样外层耐磨性的提升效果最佳。磨损形貌的SEM结果表明,Al-15Si-6Ni的主要磨损形式为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和氧化磨损。拉伸试验结果表明,加入一定的磁场后,Al-15Si-6N的平均抗拉强度有所上升;磁场继续加大时,抗拉强度反而下降。部分合金的抗拉强度已经接近甚至超过灰铸铁。拉伸断口的SEM、EDS测试结果表明,Al-15Si-6Ni的断裂方式包括解理断裂、准解理断裂、沿晶断裂、微孔聚集型断裂等。综上所述,Al-15Si-6Ni材料经电磁离心成形后,可以获得初晶Si与NiAl₃颗粒在外层大量分布、缺陷在内层分布的梯度复合材料。梯度材料外层（增强层）的主要力学性能指标已经达到或接近HT150,具有用于单缸柴油机气缸套材料的可行性,但仍需要对增强区域初晶颗粒的分布、体积分数控制等方面进行深入的研究。