[发明专利]一种[WS2/(100-x)WS2-xWCN]n梯度复合润滑涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种[WS₂/（100-x）WS₂-xWCN]_n梯度复合润滑涂层，包括金属基底，依次交替沉积的WS₂涂层、WS₂-WCN混合涂层，所述WS₂涂层、WS₂-WCN混合涂层构成一个重复单元涂层，所述重复单元涂层的数量为n，2≤n≤20，其中x为WCN在混合层中的质量百分比，0＜x＜100；其特征在于，从远离基底方向上，所述重复单元涂层中，WCN在混合层中的质量百分比顺序递增或递减；所述重复单元涂层的厚度为50-70nm，所述梯度复合润滑涂层总的厚度为0.5-1.5μm；在所述金属基底与所述梯度复合润滑层之间存在热膨胀系数介于之间的过渡金属涂层；所述过渡金属涂层为Ti层或Cr层，所述过渡金属涂层的厚度为50-200nm。

2.根据权利要求1所述的[WS₂/（100-x）WS₂-xWCN]_n梯度复合润滑涂层，其特征在于所述金属基底为硬质合金、45#钢、304不锈钢。

3.一种权利要求1至2任一项所述[WS₂/（100-x）WS₂-xWCN]_n梯度复合润滑涂层的制备方法，包括如下步骤：（1）预处理：将金属基底依次用金相砂纸打磨光滑、酸洗去除表面锈蚀、除油除脂、超声波水洗；（2）离子轰击清洗：将预处理后的金属基底放置在直流磁控溅射设备的反应腔中，抽真空至1.0-2.0×10^-4Pa；通入高纯氩气使反应腔内的工作气压达到1-6Pa，其流量控制为200-300sccm；开启旋转支架使旋转速度为20-50r/min，同时打开偏压电源，使其偏压为-300至-800V，对所述金属基底进行离子轰击清洗，清洗时间控制在5-20min，关闭偏压电源；（3）重复单元涂层制备：对反应腔进行抽真空处理；通入高纯氩气使反应腔内的工作气压达到1-4Pa，其流量控制为200-300sccm；打开WS₂靶材控制电源，WS₂靶材的溅射功率维持在600-1200W，溅射时间为2-6min，在金属基底上沉积了WS₂层；接着同时打开WS₂、纯W靶材控制电源，并同时再通入氩气和甲烷混合气体，混合气流量控制为400-600sccm，WS₂靶材以及纯W靶材的溅射功率分别维持在A+（n-1）a W、A-（n-1）a W或者A-（n-1）a W、A+（n-1）a W，溅射时间为2-6min，在WS₂层上沉积了WS₂-WCN混合层；依次重复沉积WS₂涂层与WS₂-WCN涂层，其中600≤A≤1200，10≤a≤50，重复单元涂层数为n，2≤n≤20，即得到金属基底/WS₂/（100-x）WS₂-xWCN…WS₂/（100-x）WS₂-xWCN梯度复合润滑涂层，其中0＜x＜100，x值顺序递减或递增；（4）关闭靶材电源，对反应腔进行抽真空处理，自然冷却至室温，打开反应腔，将金属基底取出；在步骤（2）和（3）之间进一步包括沉积过渡金属涂层：对反应腔进行抽真空处理；通入高纯氩气使反应腔内的工作气压达到1-4Pa，其流量控制为200-300sccm；打开过渡金属靶材的控制电源，溅射功率为700-1000W，溅射时间为1-4min；所述过渡金属靶材为纯Ti或纯Cr靶材。

4.根据权利要求3所述[WS₂/（100-x）WS₂-xWCN]_n梯度复合润滑涂层的制备方法，其特征在于所述步骤（3）的混合气体中氩气流量为200-300sccm，甲烷气体流量为200-300sccm。