Al-Si合金由于其具有较高的比强度和导热性,较低的热膨胀系数和易于加工等优异性能,广泛应用于汽车和坦克发动机的热端部件中。随着发动机向高转速、高性能的方向发展,对材料的机械性能和热防护性能要求更为严苛。然而,仅靠铝硅合金本身很难满足日益增长的工况需求。在不改变基体材料性质的前提下,对其进行表面处理是行之有效的手段之一。然而单一涂层在一定程度上能提高其性能,但在面对复杂工况条件下综合性能的提高仍显得极为不足,复合表面处理是未来的发展趋势。本文首先对Al-12Si合金进行喷丸强化处理。在此基础上,对Al-12Si合金进行等离子电解氧化,从而制备喷丸强化复合等离子电解氧化改性层。利用Ansys模拟对Al-12Si合金中析出相的热应力以及机械应力进行分析。利用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对喷丸强化后的Al-S12i合金和复合层的组织和形貌进行表征,采用Image Pro Plus软件进行晶粒面积的统计表证;利用X射线残余应力分析仪、显维维氏硬度仪、采用电子万能试验机、疲劳试验机、自制的隔热装置对残余应力、硬度、拉伸性能、断裂韧性、抗弯强度、疲劳性能、隔热性能进行表征。通过模拟Al-12Si合金中析出相的热应力以及机械应力敏感性,结果表明:发现棒状硅的热应力较大,椭圆状硅,热应力最小。随着Si相尺寸的增大,Si相的热应力也逐渐增。AlCuNi和Mg2Si相比,Al7Cu4Ni的热应力最大,其次是A13CuNi,Mg2Si的热应力最小。在静载荷50MPa下,Al7Cu4Ni产生的机械应力最大,其次是Mg2Si,再次是Al3CuNi,最小的是硅相。对比热应力及机械应力,Mg2Si的机械应力略大于热应力,而Al7Cu4Ni,A13CuNi、Si相的热应力大于机械应力。作为热端部件的Al-12Si合金,影响材料性能的相为Al7Cu4Ni。Al-12Si合金经喷丸强化后,Si相和AlCuNi相发生了不同程度的细化。初生Si相平均面积由853μm2减少到了523μm2。喷丸强化后材料表面组织细化,出现了纳米晶。随着深度的增加,材料内部的位错密度减小。合金经过喷丸强化后沿深度方向出现了四种不同的组织层:表面的纳米晶区、高密度位错墙,低密度位错墙区、位错增殖和位错缠结区、基体区域。喷丸强化后,Al-12Si合金硬度较基体相比提升约27%-59%,并且最大引入189.9MPa的残余压应力。喷丸直径0.6MPa,喷丸压强0.4MPa时抗弯强度值相比于基体提高48.6%。喷丸直径0.4mm,喷丸压强0.4MPa时断裂韧性达相比于基体提高了51%。喷丸后,疲劳周次2×107时,Al-Si合金应力幅由115MPa提高到了130MPa。喷丸直径0.4mm,喷丸压强0.4MPa时,疲劳中值强度为136MPa。从疲劳断口可以看出,喷丸强化使得疲劳源从表面迁移到了次表面,并且延长了裂纹的扩展期。喷丸强化-等离子电解氧化制备的陶瓷层与等离子电解氧化陶瓷层相比,表面更加光滑,大面积的微孔数量减少,且表面微孔的平均面积由11.2μm2下降到2.61μm2;喷丸直径不变时,随着喷丸压强的增大,表面微孔的直径在逐渐减小。当喷丸压强不变时,随着喷丸直径的增大,表面微孔的数量减少。复合层隔热性能由18℃提高到了40℃。且在120MPa应力幅下,室温旋弯疲劳由5.6×105周次提高到了9.58×106周次。复合涂层的断裂韧性相较等离子体电解氧化涂层提高了53%,抗弯强度提高了32%。