铝合金具有密度低、比强度高和易成型等优异性能，是发动机活塞的理想材料。采用高硬度、低摩擦系数、耐磨损和耐腐蚀性能优异的类金刚石(DLC)膜进行表面处理，能够有效提高铝合金的表面性能。本文基于元素掺杂和多层膜技术，利用磁过滤阴极弧(FCVA)设备在铝合金表面沉积了具有Ti过渡层、Ti-DLC层和Ti缓冲层的Ti-DLC多层复合膜，系统地研究了C₂H₂气体流量和Ti过渡层厚度对Ti-DLC膜组织结构和性能的影响。在此基础上，在铝合金表面沉积了超厚Ti-DLC膜，并对其性能进行了评价。主要工作：(1) C₂H₂气体流量对铝合金表面Ti-DLC膜性能的影响。Ti-DLC多层复合膜具有典型的DLC结构。随着C₂H₂气体流量的增大，Ti-DLC膜中Ti元素含量减少，sp³-C含量先增大后减小；C₂H₂气体流量为80 sccm时，sp³-C含量最高。当C₂H₂气体流量小于80 sccm时，Ti-DLC膜的硬度和结合力逐渐增大，摩擦学性能较差，摩擦系数达0.5以上；当气体流量大于等于80 sccm时，Ti-DLC膜摩擦学性能得到了极大的改善，摩擦系数约为0.12。选择合适的C₂H₂气体流量，有利于改善Ti-DLC膜的性能。(2) Ti过渡层厚度对铝合金表面Ti-DLC膜性能的影响。Ti过渡层厚度对Ti-DLC膜的成分和组织结构几乎没有影响。然而，Ti过渡层能够改善Ti-DLC膜与铝合金基体之间的界面过渡，有利于增强结合性能和提高摩擦学性能的稳定性。随着Ti过渡层厚度的增大，Ti-DLC膜的残余应力先减小后增大，而结合力与其变化规律相反。选择合适的Ti过渡层厚度，有利于改善Ti-DLC膜的结合性能。(3) 铝合金表面超厚Ti-DLC膜的制备及性能评价。基于前面的实验探究，在铝合金表面沉积了具有铝合金/Ti过渡层/Ti-DLC层/Ti缓冲层/Ti-DLC层/Ti缓冲层/Ti-DLC层的Ti-DLC多层复合膜，厚度为17～20 μm。超厚Ti-DLC膜的纳米硬度为18 GPa，弹性模量为153 GPa，具有良好的韧性和弹性回复率。在300 °C温度条件下，超厚Ti-DLC膜具有优异的摩擦学性能，摩擦系数为0.1185，磨损率为2.5×10^-5 mm³/(N–m)。此外，超厚Ti-DLC膜具有一定的隔热性能，与铝合金基体相比，沉积有超厚Ti-DLC膜的铝合金导热率降低了25 W/m*K左右。
 

活塞用铝合金；FCVA；Ti-DLC膜；组织结构；性能