作为热端部件及运动部件中的铝硅系多元合金被广泛应用于汽车发动机等领域中,高温高转速的工作环境需要铝合金具备良好的热防护性能和力学性能。通过在铝合金表面制备热防护陶瓷层,可以有效提高铝合金的热防护性能,而陶瓷层在提高铝合金力学性能,尤其是疲劳性能方面存在局限。经过对铝合金进行表面强化,可以改善合金的基体组织,引入压应力,进而提高铝合金的疲劳等力学性能。在此基础上,对强化后的合金进行等离子体电解氧化组织重构,制备热防护陶瓷层,该方法对提高铝硅系多元合金的力学性能及热防护性能方面具有重要的研究意义。本文通过对Al-12Si-3Cu-2Ni-Mg合金表面进行机械喷丸及激光重熔处理,改善铝合金组织,喷丸在合金表层引入压应力,在此基础上,进行等离子体电解氧化重构,制备表面强化-等离子体电解氧化复合层。采用OM、SEM、XRD和TEM等测试手段对表面强化后的铝合金,以及复合层的组织形貌及晶体结构变化进行表征;利用Ansys模拟初生硅形貌对于合金内热应力分布的影响;通过应力分析仪测量喷丸后合金表层引入的残余应力值;采用电子万能试验机表征表面强化后的铝合金,以及复合层的断裂韧性、抗弯强度;采用疲劳试验机对经过表面喷丸、以及喷丸复合PEO层的合金常温旋弯疲劳性能进行评价;通过自制的隔热装置及热冲击测试装置对复合层的隔热性能和热冲击性能进行表征,探究表面强化-等离子体电解氧化复合层组织及性能的演变机理。铝合金经过表面喷丸处理后,合金表层形成了50-150μm深度的变形层,初生硅的平均尺寸为20μm左右,较基体降低了50%,初生硅的圆整度提高,在合金中分布更均匀;喷丸后的合金表层存在位错聚集形成的位错胞与位错墙,两者共同作用下初生硅割裂,导致初生硅的细化,且晶粒取向无序;硬度结果显示喷丸后铝合金表层硬度相较基体增加约35%-69%;喷丸后铝合金的表层引入180MPa左右的残余应力;铝合金经过喷丸强化后,断裂韧性和抗弯强度提高,分别为4.7 MPa·m1/2和275 N/mm2;常温旋弯疲劳性能测试结果表明,铝合金基体的疲劳强度约为115 MPa,机械喷丸后疲劳强度为130 MPa,相较基体,经过表面机械喷丸处理后的铝硅系多元合金具有更高疲劳强度,相同疲劳强度下,机械喷丸后的铝硅系多元合金疲劳寿命远高于基体。在此基础上,对喷丸后的表面强化层进行等离子体电解氧化组织重构,发现相比基体PEO涂层,喷丸强化-PEO复合层的表面微孔尺寸减小,分布均匀,涂层致密均匀,与基体结合效果更好;复合层的抗弯强度及断裂韧性高于基体PEO涂层,分别为250 N/mm2和4.5 MPa·m1/2;复合层隔热性能没有明显变化;在400℃,1200次的热冲击实验下,复合层宏观没有出现脱落,微观下裂纹的数量少于基体PEO涂层;复合层的常温旋弯疲劳测试结果表明,基体PEO涂层疲劳强度约115 MPa,喷丸强化-等离子体电解氧化复合层疲劳强度为130 MPa,且加载载荷相同时,复合层具有更高的疲劳寿命。激光表面重熔可以改善合金的基体组织,细化初生硅尺寸,提高铝硅系多元合金的力学性能,因此对铝硅系多元合金进行表面激光重熔处理,研究发现,激光重熔后的铝硅系多元合金内组织晶粒尺寸约为2-7μm,不规则、粗大的初生硅以及第二相组织完全溶解,在α-Al中以-固溶原子的形式存在。重熔后合金表面硬度约为183 HV,较基体117HV提高了56.4%;重熔后的铝硅系多元合金较基体存在约25℃左右的隔热温差;经过重熔后的铝硅系多元合金断裂韧性和抗弯强度分别提高了7%和4%左右。在此基础上,对激光重熔后的铝硅系多元合金表面进行等离子体电解氧化组织重构,发现相比基体的PEO膜层而言,复合层的膜层致密性高,微孔分布均匀,尺寸细小。激光功率700W时复合涂层的抗弯强度和断裂韧性为269.3 N/mm2和4.86 MPa·m1/2,相较单纯等离子体电解氧化陶瓷层提高了9.8%和12.8%。本论文通过对铝硅系多元合金进行表面强化-等离子体电解氧化复合处理,在提高合金热防护性能的同时,也提高了合金的力学性能,使铝硅系多元合金在热端运动部件中具有更好的综合性能,也为研究铝合金复合强化层组织性能的演变规律提供了理论基础。