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铸铝是目前使用最为广泛的活塞材料,使用过程中易发生烧蚀、热开裂等行为,导致活塞失效。通过硬质阳极氧化、气隙隔热等表面防护技术能够一定程度解决活塞的耐热问题。天然气发动机工作时燃烧室内温度比普通燃油发动机高150℃左右,传统的表面处理技术己不能满足活塞的使用要求。本课题采用微弧氧化技术在铝活塞材料表面制备具有隔热性能的CeO2微粒掺杂微弧氧化陶瓷膜层,为铝合金活塞满足天然气发动机的使用要求提供技术支持。本课题采用ZL108铝合金活塞材料为研究对象,通过正交试验的方法,研究了复合电解液的主盐浓度(Na3P04浓度和Na2Si03浓度)、电流密度、氧化时间和占空比对ZL108铝合金微弧氧化膜层基本性能的影响。通过极差分析得到了各因素对膜层硬度和厚度影响规律:随Na3P04浓度增加,膜层硬度逐渐升高,厚度逐渐降低;随Na2SiO3浓度、电流密度、氧化时间和占空比增加,膜层硬度先增高后降低,而膜层厚度则不断上升。方差分析结果显示Na3P04浓度对膜层硬度有显著的影响,氧化时间对膜层厚度具有显著的影响。综合两项分析结果,本实验条件下ZL108铝合金微弧氧化膜综合性能最佳的工艺参数为:Na3P04 20g/L、Na2Si03 6g/L、电流密度6A/dm2、氧化时间70min、占空比 85%。在优化工艺参数的基础上,通过在电解液中添加不同浓度的Ce02微粒(Og/L、2g/L、4g/L、6g/L和8g/L),研究Ce02微粒浓度对ZL108铝合金微弧氧化膜层的氧化电压、硬度、厚度、粗糙度、耐蚀性能、表截面形貌、元素分布、相组成、抗热震性能、高温抗氧化性能和隔热性能的影响。结果显示,氧化电压随Ce02微粒浓度升高呈先升高后降低的变化趋势。Ce02微粒通过改变氧化电压控制放电强度,影响弧光放电的剧烈程度,导致膜层硬度和厚度随Ce02微粒浓度增大先升高后降低。Ce02微粒掺杂的微弧氧化膜层具有多孔结构,表面微孔直径、烧结盘尺寸和粗糙度先增大后降低。膜层与基体属于冶金结合,膜层主要由γ-A12O3,SiO2,Al,Si组成。膜层中Ce元素含量较少,呈均匀分布,主要以Ce02形式存在,与熔融氧化物结合,阻碍熔融氧化物凝固时晶界的迁移,降低了膜层的晶粒尺寸,与熔融氧化物形成复合膜,提高膜层的高温抗氧化性能,表现出优良的抗热震性能。研究发现适当浓度的CeO2对提高膜层综合性能有积极的影响,Ce02微粒浓度为4g/L时膜层综合性能最优。