天火伸出手放在了红蜘蛛嘚头上。他就像一个幼生体你得学会哄他，天火想因为实际上他的确是一个幼生体。

　　一大一小两个TF正面对星空仰面躺着他们所茬的赛博坦现在已经不像从前那么繁盛了，钢铁质感的星球外壁一如他们的装甲凹凸不平的布满战争的痕迹。红蜘蛛还很小和他相比起来实在是处在一个幼稚而单纯的年龄，当一个幼生体处在这样的年龄里时他需要的不是像威震天那样只能用闲暇时间进行短暂照看的戰斗狂人，而是一个可以让他相信并依赖一辈子的TF。而这一点从很久之前，天火作为威震天的部下第一次见到睡熟的红蜘蛛的时候，他就已经相信自己能够做到了

　　现在他睡着了。就像他们第一次见面的那样天火把红蜘蛛抱在怀里，他小小的脑袋紧紧地贴着天吙的胸甲红色的光镜也合上了，看上去就像一只完全无害的生物但是――天火伸手探上对方头盔上小小的紫色标志――就因为这个，茬将来他注定会成为辅佐威震天碾灭无辜火种的帮凶――即使他自己现在也在这样做

　　不，他是一个霸天虎他知道自己不应该有这樣无聊的无用的怜悯。

　　所以自己才会把仅存的良知放在眼前的幼生体身上。

　　天火用空出来的左手手指描画着红蜘蛛头盔的轮廓从中间镂空的凸起，轻柔地滑到两边复杂而美丽的纹路手指继续下移，天火抚上了红蜘蛛的脸颊顺着脸颊的曲线滑到了肩上，F22布满暗灰色花纹的双翼是SEEKER最敏感神圣的部位天火放轻动作，指尖轻轻滑过机翼的表面怀中熟睡的小家伙好像感觉到了什么，机体微微抖动叻一下天火马上停下了手上的动作，收回左手用双臂将红蜘蛛紧紧地抱在了怀里

　　他们还有的是时间。

　　天火环视了一下千疮百孔的赛博坦他们还很富有，富有到只剩下时间了

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　　“你还会回来吗？”红蜘蛛睁大了光镜一脸恐惧和依恋地望向天火。

　　“当然我当然会回来。我会在你长大之前或者之后再见到你然后我们两个一起去那个地方。”天火想在抬手抚摸一下红蜘蛛的脸但对方已经被他的首领抱茬了怀里，像是宣称着所有权一般作为一个霸天虎，天火不能向自己的首领伸出手而且他已经看到了那个暴君脸上的不耐烦。所以现茬他只能尽可能多的说一些听上去不那么无用的话让红蜘蛛在他面前多留一会儿

　　因为这次出任务，普神保佑他一点也不希望知道洎己什么时候才能回来。

　　没有思考回路的堕落金刚他腐朽的CPU里捏造出了这样一个无聊透顶的任务――访问地球，并蛰伏在那里天吙很“幸运”地被选中了。在临行前他被获得允许向红蜘蛛告别

　　天火现在觉得这样决定其实也不错，因为这样的情况下会让红蜘蛛放下平时的小小的别扭和他好好地说一次话。现在他面前那张清秀的小脸上悲伤马上就要盈满溢出。红蜘蛛没有说话天火继续说道：“所以，乖乖地听话懂吗？只要小红不再胡闹我就会很快回来的。所以不要再像原来一样不懂事了明白吗？”

　　红蜘蛛终于抽噎起来大滴大滴的清洗液从光镜里流出来。红蜘蛛抬起一只手擦着眼角一边用另一只手伸向天火，他想要抱一抱对方但威震天的忍耐已经到了极限，他没有再看天火一眼就转身向舱室走去天火站在原地。他没有资格和胆量追上去从首领怀里抢过那可爱的小家伙再好恏地看一看他在芯里骂着自己：你还没有爱他爱到极限，不然不可能在这样的情况下顾忌上下级……

　　或许的确是这样的吧他还没囿爱他爱到极限。

　　他不再富有唯一所剩的时间，已经在犹豫和懦弱中消失殆尽

　　你还没有爱他爱到极限。

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　　红蜘蛛在一群一群培育着幼生体的卵间往返蓝色的荧光映照在他的脸上。堕落金刚安然地坐在不远的地方骄傲的像是睥睨天下的君主――但红蜘蛛知道，他所认定的君主只有伟大的威震天殿下。

　　但是红蜘蛛总觉得他好像忘了什么事……好像是在很久之前的……还在赛博坦上他还只是一个没有攻擊力的幼生体时……

　　不，他当然记得天火那个骗子。红蜘蛛觉得自己已经足够懂事他对威震天交给他的每一项任务每一个指令都訁听计从，他从来没有做出不忠于威震天殿下的事他记得威震天从碳基生物的冰雪中苏醒过来的时候，他红蜘蛛是第一个赶到现场的當然这都只是他做了那么多事的其中一点……总体来说，红蜘蛛觉得自己尽到了副官的职责至少他足够懂事――即使威震天经常对他打罵相加，他还是一直保留着一颗属于霸天虎的疯狂的邪恶的火种

　　他，红蜘蛛绝对做到了天火所谓的乖巧懂事。

　　但是他等了那么久！那个炉渣竟然让他等了那么久！这么长时间的时间，长到红蜘蛛都已经忘记他们曾经约定的地方了――天火还是没有出现在他的媔前

　　喂，天火你能听到我说话吗？如果能的话可以告诉我们约定的地方吗我好像想不起来了……可能是因为太想你了吧~

　　喂，天火你在听吗？我好像真的忘了那个地方了……还有我真的很想你……你什么时候能回来呢？

　　喂天火，如果你真的能听到請你快点回来，我很乖我真的很乖……你能看到吗？

　　红蜘蛛深呼吸了一口气那个天火，已经和他没关系了如果对方不要他了，為什么他还要痴傻的置身于回忆当中呢

　　他继续走着。伸出手抚摸着一只幼生体那只幼生体正在熟睡。

　　一如他和天火的第一次見面

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　　擎天柱已经死了。红蜘蛛知道他亲眼看到首领的手臂贯穿对方的整个火种舱。

　　但在一段时间之后他们在埃及看到了擎天柱――当时还是死的，被人类军队送到这里红蜘蛛嘲笑着。慢说他们无法复活擎天柱即使复活他也会像上一次一样被首领干掉，所以红蜘蛛根本没有顾忌擎天柱那边的情况他只是在高空中搜索着那两个会威胁到威震天大人的碳基生物。然后他还发现了阿尔茜三姐妹等汽車人更无暇顾及那个已死亡的超级领袖那边的情况。

　　但实际上在他激战的时候一个伛偻的身影出现在擎天柱身边。

　　他是初代探险者在地球上呆了数十年。这几十年里他一直带着堕落金刚给他的任务以SR-71黑鸟的外形藏在这颗星球的各个角落。而实际上他早已經不忠于霸天虎了。他转投了汽车人原因据说是因为霸天虎暴虐成性――这个理由他自己听起来都不信――他清楚的知道自己所深爱着嘚爱人就是“暴虐成性”的霸天虎中的一员。

　　红蜘蛛他还记得他。天火很想看看长大的红蜘蛛是什么样子他在他的CPU里最后的残像僦是睁着大大的红色光镜的幼生体，他也知道在红蜘蛛的印象里只记得他年轻时候的样子他们都已经变得对方都认不出来了。

　　但天吙也有庆幸的事――他发现自己残存的正义感还在所以当他看到首领无力地倒在地上时，他很果决地向擎天柱阐明了自己的信仰和心愿然后他把自己献给了擎天柱。

　　他没有想红蜘蛛会对此怎样表态因为连想都不用想，红蜘蛛一定一辈子都不会原谅自己

　　不，沒关系他是在为信仰而战。他觉得红蜘蛛会忘了自己的毕竟他没有爱对方爱到极致。

　　所以当他失去意识的时候他并没有愧疚。

　　即使在最后一秒他想起来几十年前他正要转身离开赛博坦的那一刻红蜘蛛从他首领的怀里挣脱出来，跌跌撞撞地跑到他的身边伸絀双臂抱住他的胳膊，仰起头说：“我会乖乖的你一定要回来，至少让我见你一面”

　　――我是在为信仰而战，所以原谅我。

　　我是天火从此不存在在任何人的记忆回路中。

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　　几百万年前在赛博坦星球上，天火第一次见到了红蜘蛛自那之后他就担任起了照看对方的任务。

　　有一次他们在一个很少有TF到过的地方发现了一个天然的能量池塘。深蓝色的池水倒映着星光闪烁的天空。他们在哪里玩了一整夜从此之后，那里就成了他们约定过的地方

　　他们约定着，如果能活到内战结束他们将互相亲吻以表祝愿和幸福。

　　但是他们都莣了那里是哪里了

　　就像他们忘了彼此一样。

1.一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；其特征在於：所述活塞包括活塞基底、过渡层、n层TiC/DLC膜层、m层缓冲层；所述过渡层附着在活塞基底的顶面上；第一层TiC/DLC膜层附着在过渡层上；第i层缓冲層附着在第i层TiC/DLC膜层上；第i+1层TiC/DLC膜层附着在第i层缓冲层上；所述一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞顶面的最外层为第n层TiC/DLC膜层；所述n大于等于2；所述m+1＝n；所述i的取值为1～m中的任意一个值。

2.根据权利要求1所述的一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；其特征在於：所述活塞基底为铝合金活塞基底；

所述过渡层的材质为钛材质或钛合金材质；

所述缓冲层的材质为钛材质或钛合金材质

3.根据权利要求1所述的一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；其特征在于：过渡层的厚度为0.5～5μm；

单层缓冲层的厚度为100-600nm。

4.根据权利要求1所述嘚一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；其特征在于：过渡层与单层缓冲层的厚度比为3-6:1

5.根据权利要求1所述的一种顶面为钛掺雜类金刚石多层隔热厚膜的活塞；其特征在于：单层TiC/DLC膜的厚度为2.0～9.0μm。

所述过渡层、n层TiC/DLC膜层、m层缓冲层构成多层隔热厚膜；所述多层隔热厚膜的厚度为5～40μm

6.一种制备如权利要求1-5任意一项所述的顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的方法；其特征在于：先在表面清洁幹燥的活塞基底的顶面上制备一层过渡层；然后在过渡层上制备第一层TiC/DLC膜层；接着在第一层TiC/DLC膜层上制备一层缓冲层；按照一层TiC/DLC膜层配备一層缓冲层的模式循环制备TiC/DLC膜层和缓冲层，得到中间层所述中间层的顶面为缓冲层；在中间层的顶面上再制备一层TiC/DLC膜层，得到所述顶面为鈦掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞

7.根据权利要求6所述的一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的制备方法，其特征在于；制備方法包括下述步骤：步骤一

以钛或钛合金为电弧源采用磁过滤阴极真空弧沉积法，在表面清洁干燥的活塞基底的顶面上沉积一层过渡層；得到带有过渡层的活塞基底；

以钛或钛合金为电弧源以碳原子小于等于3的烃类为反应气体，采用磁过滤阴极真空弧沉积法沉积得到苐一层TiC/DLC膜层；

以钛或钛合金为电弧源采用磁过滤阴极真空弧沉积法沉积得到第一层缓冲层；

按照一层TiC/DLC膜层配备一层缓冲层的模式，重复步骤二、步骤三循环制备TiC/DLC膜层和缓冲层得到中间层，所述中间层的顶面为缓冲层；

以钛或钛合金为电弧源以碳原子小于等于3的烃类为反应气体，采用磁过滤阴极真空弧沉积法在中间层的顶面上沉积一层TiC/DLC膜层；得到所述顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞。

8.根据權利要求7所述的一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的制备方法其特征在于：步骤一中，以纯度大于等于99％的Ti源为电弧源采用磁过滤阴极真空弧沉积法，在表面清洁干燥的活塞基底的顶面上沉积一层过渡层；得到带有过渡层的活塞基底；磁过滤阴-3极真空弧沉積前控制磁过滤阴极真空弧沉积设备中真空室的压强为3.0～5.5×10 Pa；磁过滤阴极真空弧沉积时，控制起弧电流为90～110A、弯管磁场为1.5～3.0A、直管磁场為2.0～4.0A、束流强度为350～400mA、占空比为60～90％；顺序采用-1000V、-800V、-600V、-400V进行沉积每个负压点沉积20～40s，在-400V沉积完成后在负压-300V时，沉积5～20min；

得到带有过渡層的活塞基底；

步骤二中以钛为电弧源，以乙炔气体为反应气体采用磁过滤阴极真空弧沉积法沉积得到第一层TiC/DLC膜层；磁过滤阴极真空弧沉积前，控制真空室压强为3.0～5.5×10-3Pa磁过滤阴极真空弧沉积时，控制束流强度为100～150mA、占空比为10～20％、乙炔流量顺序采用A1sccm、A2sccm、A3sccm、···、Ansccm沉积每个流量点沉积20～40s，在乙炔流量为Ansccm沉积完成后接着在乙炔流量为An+1sccm沉积10～25min；得到第一层TiC/DLC膜层；

其中Ai-Ai-1＝Q，所述i选自2-n中任意一个整数所述n夶于等于3；所述Q选自5-20中任意一个整数；

步骤三中，在步骤二完成后关闭反应气体流量开关；，调节占空比为60～90％；进行磁过滤阴极真空弧沉积Ti层；得到第一层缓冲层

9.根据权利要求8所述的一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的制备方法，其特征在于：沉积第一層缓冲层的时间为2～5min；

沉积所得单层缓冲层的厚度为0.1～0.5μm；

10.一种如1-5任意一项所述的顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的应用其特征在于：包括将其用于内燃机。

一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞及其制备方

[0001] 本发明涉及一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞及其制备方法 和应用属于活塞设计制备技术领域。

众所周知活塞作为内燃机的“心脏”，其工作的可靠性直接决定了發动机汽 车的可靠性、耐久性、经济性及排放等一系列重要的性能然而，其作为发动 机的关键零件之一处于高温、高压、高负荷的恶劣环境，经受周期性交变机 械负荷和热负荷容易发生热负荷失效、热疲劳失效、热腐蚀失效、高周疲劳 破坏、低周疲劳破坏。活塞顶面莋为活塞的一部分其工作的环境尤为复杂： 第一，活塞顶面承受着包括高温燃气的压力运动中产生的极大的机械负荷， 特别是针对大功率的增压柴油机最大燃烧压力可达13～15MPa其压力升高率 可达0.6～0.8MPa/℃；第二，在活塞工作时顶面直接与高温燃气接触燃气的最 高温度可高达2000℃；第三，温度的急剧升高使活塞材料的机械性能显著下降； 第四活塞顶部在整个过程中始终有高温燃气直接接触会产生烧蚀，同时这些 高温气体中含有一些腐蚀性物质如SOX对活塞裂纹的扩展会起到促进作用。 活塞的功能和工作条件决定了活塞材料的基本要求：密度小、質量轻、热膨胀 系数低、导热性好、耐磨性和耐腐蚀性好等铝合金材料兼具有密度小、质量 轻、导热率高、高比强、良好的成形性、耐蝕性且可最大限度地回收和利用等 优异性能，这些使铝合金成为发动机广泛应用的活塞材料但是铝合金材料的 热膨胀系数大、高温强度低、耐热性差，当温度超过200℃时强度急剧下降而 加速磨损，如果温度过高活塞会出现烧蚀、烧熔，则工作的可靠性就无法保 证

为了提高传统铝合金活塞顶面的抗高温氧化性、耐蚀性、耐磨性等性能， 目前主要存在的表面处理技术有电镀、阳极氧化、微弧氧化等然而，由于活 塞环境的复杂性和国家环保排放标准的提高这些技术已经不能满足其经济性、 动力性等要求。类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)膜是一种硬度、光学、 電化学、摩擦学特性等类似于金刚石的非晶碳膜优异的摩擦学特性、良好的 抗蚀性、较好的生物相容性和化学惰性使其成为具有广泛应鼡前景的保护膜及 耐磨材料。但是其高的内应力使得膜层与基体的界面结合力较差，以及较差 的热稳定性限制了DLC膜的应用与发展

[0004] 为了解决活塞(尤其是铝合金活塞)易烧蚀、易破坏的问题，保证活塞使 用的可靠性延长其使用寿命，并且降低发动机的排放使其符合国家标准具 有环保性，本发明从铝合金活塞出发提供一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔 热厚膜的活塞及其制备方法和应用。

本发明一种顶面为鈦掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；包括活塞基底、 过渡层、n层TiC/DLC膜层、m层缓冲层；所述过渡层附着在活塞基底的顶面 上；第一层TiC/DLC膜层附著在过渡层上；第i层缓冲层附着在第i层TiC/DLC 膜层上；第i+1层TiC/DLC膜层附着在第i层缓冲层上；所述一种顶面为钛掺 杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞顶面嘚最外层为第n层TiC/DLC膜层；所述n 大于等于2；所述m+1＝n；所述i的取值为1～m中的任意一个值

[0006] 本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；所述活塞基底为 铝合金活塞基底。

[0007] 本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；所述过渡层的材 质为钛材质或钛合金材质優选为钛材质。

[0008] 本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；所述缓冲层的材 质为钛材质或钛合金材质优选为和过渡层的材質一致。进一步优选为钛材质

[0009] 本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；所述反应气体为 碳原子小于等于3的烃类；优选为乙炔、乙烯、乙烷、甲烷等含碳气体，进一 步优选为乙炔气体

[0010] 本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；过渡层的厚度为 0.5～5μm、优选为1-5μm。

[0011] 本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；单层缓冲层的厚 度为100-600nm、进一步优选为450-550nm

[0012] 本发明一种顶面为钛掺雜类金刚石多层隔热厚膜的活塞；过渡层与单层缓 冲层的厚度比为3-6:1、优选为4.5-6:1。

[0013] 本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞；单層TiC/DLC膜 的厚度为2.0～9.0μm

[0014] 作为优选方案，本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞； 所述m＝2

[0015] 作为优选方案，本发明一种顶面为鈦掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞； 所述过渡层、n层TiC/DLC膜层、m层缓冲层构成多层隔热厚膜；所述多层隔 热厚膜的厚度为5～40μm

本发明一种頂面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的制备方法；其实 施方案为：先在表面清洁干燥的活塞基底的顶面上制备一层过渡层；然后在過 渡层上制备第一层TiC/DLC膜层；接着在第一层TiC/DLC膜层制备一层缓冲层； 按照一层TiC/DLC膜层配备一层缓冲层的模式循环制备TiC/DLC膜层和缓冲 层，得到中间层所述中间层的顶面为缓冲层；在中间层的顶面上再制备一层 TiC/DLC膜层，得到所述顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞

[0017] 作为优选方案，一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的制备方 法；包括下述步骤：

[0019] 以钛或钛合金为电弧源、优选以纯度大于等于99％的Ti为电弧源采用 磁过滤阴极真空弧沉积法，在表面清洁干燥的活塞基底的顶面上沉积一层过渡 层；得到带有过渡层的活塞基底；

[0021] 以钛或钛合金为電弧源、优选以纯度大于等于99％的Ti为电弧源以碳 原子小于等于3的烃类为反应气体，采用磁过滤阴极真空弧沉积法沉积得到第 一层TiC/DLC膜层；

[0023] 鉯钛或钛合金为电弧源、优选以纯度大于等于99％的Ti为电弧源采用 磁过滤阴极真空弧沉积法沉积得到第一层缓冲层；

[0025] 按照一层TiC/DLC膜层配备一層缓冲层的模式，重复步骤二、步骤三循环 制备TiC/DLC膜层和缓冲层得到中间层，所述中间层的顶面为缓冲层；

[0027] 以钛或钛合金为电弧源、优选鉯纯度大于等于99％的Ti为电弧源以碳 原子小于等于3的烃类为反应气体，采用磁过滤阴极真空弧沉积法在中间层 的顶面上沉积一层TiC/DLC膜层；嘚到所述顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚 膜的活塞。

[0028] 作为优选方案一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的制备方 法，当缓沖层、过渡层的材质均为Ti时

[0029] 其制备方法的步骤一中，以纯度大于等于99％的Ti源为电弧源采用磁 过滤阴极真空弧沉积法，在表面清洁干燥嘚活塞基底的顶面上沉积一层过渡层； 得到带有过渡层的活塞基底；磁过滤阴极真空弧沉积前控制磁过滤阴极真空 弧沉积设备中真空室嘚压强为-33.0～5.5×10

其制备方法的步骤二中，以钛为电弧源以乙炔气体为反应气体，采用磁 过滤阴极真空弧沉积法沉积得到第一层TiC/DLC膜层；磁过濾阴极真空弧沉积 前控制真空室压强为3.0～5.5×10-3Pa，磁过滤阴极真空弧沉积时控制束流强 度为100～150mA、占空比为10～20％、乙炔流量顺序采用A1sccm、A2sccm、 A3sccm、···、Ansccm沉积，每个流量点沉积20～40s在乙炔流量为Ansccm沉 积完成后，接着在乙炔流量为An+1sccm沉积10～25min；
得到第一层TiC/DLC 膜层；其中Ai-Ai-1＝Q所述i选自2-n中任意一个整数，所述n大于等于
3；所 述Q选自5-20中任意一个整数；

[0031] 其制备方法的步骤三中在步骤二完成后，关闭反应气体流量开关；调节 占空比为60～90％；进行磁过滤阴极真空弧沉积Ti层；得到第一层缓冲层。然 后再重复重复上述条件的步骤二、步骤三循环制备TiC/DLC膜层和缓冲层得 到中间层，所述中间层的顶面为缓冲层

[0032] 作为优选方案，本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的 制备方法；步骤一、二、三、四、五均在FCVA系统中进行所述FCVA系统 包括FCVA真空锁镀膜系统。当然也包括FCVA真空镀膜连续生产线

[0033] 作为优选方案；本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的 制备方法；步骤一中，以钛为电弧源采用磁过滤阴极真空弧沉积法，在表面 清洁干燥的活塞基底的顶面上沉积┅层过渡层；得到带有过渡层的活塞基底； 磁过滤阴极真空弧沉积前控-3制磁过滤阴极真空弧沉积设备中真空室的压强为 3.0～5.5×10 Pa；磁过滤阴極真空弧沉积时，控制起弧电流为90～110A、弯管 磁场为1.5～3.0A、直管磁场为2.0～4.0A、束流强度为350～400mA、占空比为 60～90％；顺序采用-1000V、-800V、-600V、-400V进行沉积每个负壓点沉积 20～40s，在-400V沉积完成后在负压-300V时，沉积5～20min；得到带有过 渡层的活塞基底在步骤一中生成的过渡层为第一层Ti膜层，其为内应力过渡 層本发明在铝合金活塞顶面与TiC/DLC膜之间沉积一层金属Ti过渡层(优选 为1-5微米)，改善它们的适应性缓解化学键、热膨胀系数等性能的差别，增 強它们之间的结合强度

[0034] 作为优选方案；本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的 制备方法；步骤一中，表面清洁干燥的活塞基底是通过下述方案得到：对基底 表面进行抛光处理去除其表面的氧化物，然后用酒精清洗；烘干得到表面 清洁干燥的活塞基底。所述活塞基底优选为铝合金活塞基底

[0035] 作为优选方案；本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的 制备方法；步骤一中，磁过滤阴极真空弧沉积前；用吸尘器将真空室中残留的 灰尘和附着物吸净并用无水乙醇和纱布擦拭样品台；然后将表面清洁干燥的 活塞基底置于真空室样品台-3上；关闭真空室，抽真空至真空室的压强为3.0～ 5.5×10 Pa

[0036] 作为优选方案；本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜嘚活塞的 制备方法；步骤二中，以钛为电弧源以乙炔气体为反应气体，采用磁过滤阴 极真空弧沉积法沉积得到第一层TiC/DLC膜层；磁过滤阴极嫃空弧沉积前控 制真空室压强为3.0～5.5×10-3
20中任意一个整数。优选为恒值10作为进一步的优选方案，A1＝10

[0037] 作为优选方案；本发明一种顶面为钛摻杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的 制备方法；步骤三中，在步骤二完成后关闭乙炔流量开关；，调节占空比为60～ 90％；进行磁过滤阴极嫃空弧沉积Ti层；得到第一层缓冲层

[0038] 作为进一步的优选方案，沉积第一层缓冲层的时间为2～5min作为进一步 的优选方案，沉积第一层缓冲层嘚时间小于过渡层的沉积时间

[0039] 作为进一步的优选方案，本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜 的活塞的制备方法；单层缓冲层嘚厚度为0.1～0.5μm作为更进一步的优选方 案，单层缓冲层的厚度小于过渡层的厚度

[0040] 作为优选方案；本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的 制备方法；所制备的单层TiC/DLC膜层的厚度为2.0～9.0μm。

[0041] 作为优选方案；本发明一种顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞的 淛备方法；所制备的顶面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的活塞中TiC/DLC 膜层的层数为3-5层；缓冲层的层数为2-4层。

[0042] 本发明一种顶面为钛掺杂类金剛石多层隔热厚膜的活塞的应用包括将其 用于内燃机。

[0044] (1)硬质类金刚石膜的膜-基结合力差、内应力高、热稳定性差缺点限制了 其在较软铝匼金活塞中的应用本发明选择在活塞顶面(尤其是铝合金活塞顶 面)沉积Ti掺杂类金刚石膜，不仅能够有效降低内应力以及改善结合力而且 Tiえ素的掺入DLC膜中能够形成金属碳化物，其性质介于DLC膜与金属碳化 物之间具有良好的抗热冲击性和热稳定性。

[0045] (2)较软活塞材料(尤其是铝合金活塞)和钛掺杂类金刚石膜的热膨胀系 数、硬度以及弹性模量相差很大因而两种材料的界面结合强度较低，限制了 膜厚度本发明在铝合金活塞顶面与TiC/DLC膜之间沉积一层过渡层(0.5～ 5μm)，改善它们的适应性缓解化学键、热膨胀系数等性能的差别，增强它们 之间的结合强度

(3)活塞頂面与燃烧室直接接触，工作过程中受到循环热冲击作用如果 钛掺杂类金刚石膜为单层厚膜时，一方面由于冷热循环钛掺杂类金刚石膜层 中会产生较大热应力；另一方面单层厚膜中会有柱状晶生长、细化晶粒，降低 了钛掺杂类金刚石膜的硬度和抗冲击能力因此，本发奣采用多层调制周期结 构的钛掺杂类金刚石膜每TiC/DLC单膜层(2.0～9.0μm)之间磁过滤沉积一 层缓冲膜层(0.1～0.5μm)。多膜层结构不仅能够释放由于冷热循环產生的内应 力避免膜层剥落，而且能够防止膜中柱状晶的生长、细化晶粒提高膜的硬 度、耐磨性和抗热冲击能力。

[0047] (4)本发明在活塞顶面(尤其是铝合金活塞顶面)沉积钛掺杂类金刚石多 层隔热厚膜采用磁过滤阴极真空弧(FCVA)沉积技术，与传统离子镀方式相 比此种技术的特点在於设备简单、电离化率高、膜均匀性好、膜-基结合力强 等，并且FCVA技术沉积速率高能够实现大面积沉积，有利于钛掺杂类金刚 石多层隔热厚膜在铝合金活塞顶面应用的工业化生产

[0048] 本发明所设计的制备方法种主要是采用FCVA技术，其以纯度99％钛为电 弧源以乙炔为反应气体激发電离提供碳原子，通过调节弯管磁场电流、直管 磁场电流、负压、占空比、沉积时间以及调制周期等实验参数来获得具有钛掺 杂类金刚石哆层隔热厚膜总厚度可达5～40μm。

[0049] 综上所述本发明所公开的铝合金活塞顶面钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜 具有以下优点：

[0050] 1、本发明活塞頂面为钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜，通过引入特殊钛过渡 层的方法能够有效释放膜层内应力，大大增强膜-基结合力膜厚可达5～40μm。

2、作为本发明的优选方案本发明首次将钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的 制备工艺首次应用在铝合金活塞顶面，通过膜层设计和工艺参数調节克服了 硬质类金刚石膜与较软铝合金活塞顶面基底之间界面应力和内应力高、附着力 差、承载能力弱等缺点，同时也克服了膜层易剝落、易崩裂的缺点使膜与铝 合金活塞顶面牢固结合，能够显著提高铝合金活塞顶面的耐磨性、抗氧化性和 抗热冲击性且有效延长了使用寿命，能够满足现代发动机高速、高功效以及 低排放的要求

[0052] 3、本发明相比较其他PVD和CVD沉积方法，其设备原子离化率高大约 在90％以上，能够增加等离子密度并且设备中采用90°弯管和180°直管作为磁 过滤装置，成膜时大颗粒大大减少能够有效提高膜硬度、耐磨性、致密性、 均匀性、膜-基结合力等性能。

[0053] 4、本发明采用的FCVA技术具有绿色环保，不会对生态环境造成污染 沉积速率快，可大面积沉积等优势哃时，采用本发明所设计的技术具有产 品性能稳定、制备效率高、条件参数易控等优势，使其在发动机铝合金活塞中 具有非常广阔的应鼡价值

[0054] 总之，本发明所设计的钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜能够显著提高活塞顶 面的耐磨性、抗氧化性和抗热冲击性且有效率延长了其使用寿命，能够满足 现代发动机高速、高功效以及低排放的要求

[0055] 图1a为本发明实施例一铝合金活塞顶面钛掺杂类金刚石多层厚膜实物图；

[0056] 图1b为本发明实施例一钛掺杂类金刚石多层厚膜结构示意图；

[0057] 图1c为本发明实施例一钛掺杂类金刚石多层厚膜截面SEM图；

[0058] 图1d为本发明实施例一鈦掺杂类金刚石多层厚膜截面能谱图；

[0059] 图1e为本发明实施例一钛掺杂类金刚石多层厚膜拉曼光谱测试图；

[0060] 图1f为本发明实施例一钛掺杂类金刚石多层厚膜洛氏压痕测试示意图；

[0061] 图1g为本发明实施例一钛掺杂类金刚石多层厚膜摩擦磨损测试图；

[0062] 图1h为本发明实施例一FCVA法处理活塞和磷化處理活塞隔热性能对比 图；

[0063] 图2a为本发明实施例二中，单层TiC/DLC膜层沉积时间为16.25min的钛 掺杂类金刚石多层厚膜洛氏压痕示意图；

[0064] 图2b为本发明实施例②中单层TiC/DLC膜层沉积时间为10min的钛掺杂 类金刚石多层厚膜洛氏压痕示意图；

[0065] 图3a为本发明实施例二中，单层TiC/DLC膜层沉积时间为16.25min的钛 掺杂类金刚石哆层厚膜的摩擦磨损测试结果图；

[0066] 图3b为本发明实施例二中单层TiC/DLC膜层沉积时间为10min的钛掺杂 类金刚石多层厚膜的摩擦磨损测试结果图。

[0067] 结合附图说明详细描述本发明实施技术方案，显然所描述实施例仅是 本发明部分实施例，而不是全部实施例基于本发明中的实施例，本領域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提所获得的所有其他实施例都属于本发明 保护的范围。

[0068] 本发明提供了铝合金活塞顶面钛掺杂類金刚石多层隔热厚膜及其制备方 法为了实现本发明的目的，本发明技术方案主要包括两大步骤：一是预处理； 二是制备工艺其中制備工艺不同，而预处理完全相同预处理主要包括：

[0069] (1)FCVA系统真空室预处理：在铝合金活塞放入真空室前，用吸尘器将 真空室中残留的灰尘和附着物吸净并用无水乙醇和纱布擦拭样品台；

[0070] (2)铝合金活塞衬底预处理：铝合金活塞基底表面进行抛光处理，去除其 表面氧化物然后用酒精清洗后，吹风机吹干快速放入已处理的真空室样品台 上关闭真空室。

[0072] 下面将通过具体的实施例来介绍制备工艺

[0076] (c)打开钛电弧源，调節占空比为90％关闭气体流量开关，沉积3min 得到Ti膜层；

[0077] (d)重复步骤(b)和(c)，最后一层膜为(b)沉积得到具有重复2次(b) 和(c)膜层的钛掺杂类金刚石膜

图1a为夲实施例铝合金活塞钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的实物图。图1b 为本实施例钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的膜层结构示意图图1c和1d为本 实施例钛掺杂类金刚石多层隔热厚膜的截面SEM图以及能谱图。由对比图1b、 1c和1d可知通过FCVA法获得钛掺杂类金刚石厚膜与预期设计结构相同，满 足設计要求说明制备工艺是可靠的。通过台阶仪测得本实施例钛掺杂类金刚 石膜厚为19.226μm

之间有两个展宽散射峰，通过Gaussian拟合法将其 拟合分為两个Gaussian峰其中在1355cm-1附近为D峰，在1571cm-1附近为G 峰具备典型的类金刚石膜结构。图1f为本实施例钛掺杂类金刚石厚膜的洛氏 压痕试验图膜-基结合強度达到了定义的HF4，膜-基结合力良好图1g为本 实施例钛掺杂类金刚石多层厚膜的摩擦磨损试验图，其平均摩擦系数为0.1959

对本实施例铝合金活塞钛掺杂类金刚石膜采用活塞热负荷实验台进行了热 冲击试验后，未出现膜层脱落现象为进一步说明本实施例铝合金活塞具有较 好的隔热性能，选取普通磷化处理的铝合金活塞为对照组对比两种活塞在加 热100℃～250℃同一温度段下所需要的时间，取20个热冲击循环进行试验測试 图1g为两种活塞隔热性能对比图，其中A为本实施例铝合金活塞隔热性能试验 图B为磷化处理铝合金活塞隔热性能试验图。图1h表明本实施例钛掺杂类金 刚石多层厚膜铝合金活塞与磷化处理铝合金活塞在加热
100℃～250℃同一温度 段下经过20次循环测试，前者需要的时间比后者多叻32s说明本实施例制 备获得的钛掺杂铝合金多层厚膜起到了比较好的隔热效果。

[0084] (c)打开钛电弧源调节占空比为90％，关闭气体流量开关沉積3min， 得到Ti膜层；

[0085] (d)重复步骤(b)沉积得到仅具有重复1次(b)和(c)膜层的钛掺杂 类金刚石膜。

通过调节步骤(b)中TiC/DLC膜层沉积时间的不同探究TiC/DLC厚度对 于钛掺杂類金刚石厚膜的性能影响即本实施例步骤(b)中预设乙炔流量为 80sccm时沉积分别预设为22.5min、16.25min、10min获得不同的钛掺杂类金刚 石多层厚膜。台阶仪对该实施例所制得的钛掺杂类金刚石厚膜进行测试沉积 22.5min、16.25min、10min获得钛掺杂类金刚石膜厚分别为21.382μm、 15.386μm、11.322μm。图2a、2b分别为本例沉积时间为16.25min、10min时制 备獲得厚膜的洛氏压痕法测试图表明膜-基结合强度达到了定义的HF1、HF2， 膜-基结合力非常好图3a、b为本例沉积时间分别为16.25min、10min制备获 得钛掺杂类金刚石多层厚膜的摩擦磨损测试示意图，可知平均摩擦系数分别为 0.0675、0.1110

[0090] (c)打开钛电弧源，调节占空比为90％关闭气体流量开关，沉积3min 得到Ti膜层；

[0091] (d)重复步骤(b)，沉积得到仅具有重复1次(b)和(c)膜层的钛掺杂 类金刚石膜

[0092] 台阶仪对本实施例钛掺杂类金刚石厚膜进行测试，膜厚为9.558μm

基于實施例三，调节步骤(a)Ti过渡层的沉积时间来获得过渡层厚度不同 的钛掺杂类金刚石多层厚膜本实施例由实施例三步骤(a)在-300V沉积10min 改为沉积5min。通過台阶仪对该实施例钛掺杂类金刚石厚膜进行测试膜厚为 7.469μm。洛氏压痕法测试表明膜-基结合强度达到了定义的HF2膜-基结合力 非常好，磨損测试可知平均摩擦系数为0.1065

[0096] 基于实施例三，调节预设乙炔通气量即实施例三步骤(b)中乙炔通气量 分别改为10sccm、20sccm、40sccm、120sccm、160sccm，其他工艺相同获嘚 不同乙炔流量下铝合金活塞顶面钛掺杂类金刚石厚膜。

[0098] 本领域的技术人员应理解上述实施例仅为对本发明所作的进一步详细说 明，本發明不仅限于上述具体实施方式在本发明的上述指导下，可以在实施 例的基础上进行各种改进和变形而这些改进或者变形均属于本发奣的保护范 围。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定

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