“Thermal swing” coatings have recently been of great interest to automotive researchers for their potential to insulate internal combustion engines, reduce cooling requirements, and increase their efficiency. Plasma-sprayed yttria-stabilized zirconia, ceramics in the MgO-Al2O3-SiO2 system (cordierite, mullite, and steatite), and silicate-yttria-stabilized zirconia composite thermal barriers have been investigated in this context with thermophysical properties measured using a thermal flash method and further screened by thermal swing using a custom laboratory developed functional test. Correlations between microstructure and thermal properties are developed and their combined impact on thermal swing assessed. The coatings thermal effusivity dominates these considerations for coatings above the characteristic thermal diffusion length of periodic exposure, with substrate thermal properties quickly becoming important below this thickness. Plasma-sprayed cordierite and its composites are determined to be the most promising materials for this application, exhibiting the highest thermal swing and effusivities as low as 373 Ws1/2/m2K. Performance testing in a heavy-duty single-cylinder diesel engine is ongoing with preliminary data suggesting that thermal swing alone may not provide efficiency benefits. Coating thickness, roughness, and dynamic interactions in the engine may play a role in this, highlighting that many potential nuances need consideration for the successful applications of these coatings.

中文翻译：

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柴油机热障涂层的热摇摆评估

“热摆动”涂层最近引起了汽车研究人员的极大兴趣，因为它们具有使内燃机绝缘、降低冷却要求和提高效率的潜力。等离子体喷涂氧化钇稳定氧化锆、MgO-Al2O3-SiO2 系统陶瓷（堇青石、莫来石和滑石）和硅酸盐-氧化钇稳定氧化锆复合热障已在此背景下进行了研究，并使用热闪光测量了热物理特性方法，并使用定制实验室开发的功能测试通过热摆动进一步筛选。开发了微观结构和热性能之间的相关性，并评估了它们对热摆动的综合影响。对于高于周期性暴露的特征热扩散长度的涂层，涂层热扩散率在这些考虑因素中占主导地位，而低于此厚度的基材热性能很快变得重要。等离子体喷涂堇青石及其复合材料被确定为最有前途的材料，表现出最高的热摆动和低至 373 Ws1/2/m2K 的流出​​率。重型单缸柴油发动机的性能测试正在进行中，初步数据表明单独的热摆动可能无法提供效率优势。发动机中的涂层厚度、粗糙度和动态相互作用可能会在其中发挥作用，这突出表明，这些涂层的成功应用需要考虑许多潜在的细微差别。低于此厚度的基板热性能迅速变得重要。等离子体喷涂堇青石及其复合材料被确定为最有前途的应用材料，具有最高的热摆动和低至 373 Ws1/2/m2K 的流出​​率。重型单缸柴油发动机的性能测试正在进行中，初步数据表明单独的热摆动可能无法提供效率优势。发动机中的涂层厚度、粗糙度和动态相互作用可能会在其中发挥作用，这突出表明，这些涂层的成功应用需要考虑许多潜在的细微差别。低于此厚度的基板热性能迅速变得重要。等离子体喷涂堇青石及其复合材料被确定为最有希望用于该应用的材料，表现出最高的热摆动和低至 373 Ws1/2/m2K 的流出​​率。重型单缸柴油发动机的性能测试正在进行中，初步数据表明单独的热摆动可能无法提供效率优势。发动机中的涂层厚度、粗糙度和动态相互作用可能会在其中发挥作用，这突出表明，这些涂层的成功应用需要考虑许多潜在的细微差别。表现出最高的热摆幅和低至 373 Ws1/2/m2K 的热效率。重型单缸柴油发动机的性能测试正在进行中，初步数据表明单独的热摆动可能无法提供效率优势。发动机中的涂层厚度、粗糙度和动态相互作用可能会在其中发挥作用，这突出表明，这些涂层的成功应用需要考虑许多潜在的细微差别。表现出最高的热摆幅和低至 373 Ws1/2/m2K 的热效率。重型单缸柴油发动机的性能测试正在进行中，初步数据表明单独的热摆动可能无法提供效率优势。发动机中的涂层厚度、粗糙度和动态相互作用可能会在其中发挥作用，这突出表明，这些涂层的成功应用需要考虑许多潜在的细微差别。