[发明专利]一种宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜，其特征在于，该薄膜具有由超晶格纳米多层WC/a-C和纳米层a-C构成的复合纳米多层结构；其中：

纳米层a-C与超晶格纳米多层WC/a-C的调制比为1：(0.75～1.25)，调制周期为100～200nm；

超晶格纳米多层WC/a-C中WC子层与a-C子层的调制比为1：(0.75～1.25)，调制周期为3～6nm。

2.根据权利要求1所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜，其特征在于，该薄膜的总厚度为2～4μm。

3.权利要求1所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对基体表面进行磨削和抛光处理，然后清洗、吹干抛光表面，对抛光表面进行Ar⁺刻蚀；

2)在经Ar⁺刻蚀的基体表面沉积金属Cr粘结层；

3)在Cr粘结层表面沉积WC掺杂的非晶碳梯度过渡层；

4)在非晶碳梯度过渡层表面制备超晶格WC/a-C纳米多层；

5)在超晶格WC/a-C纳米多层表面制备非晶碳a-C纳米层；

6)根据需求，依次循环执行重复步骤4)和步骤5)操作，制备得到由超晶格WC/a-C纳米多层和非晶碳a-C纳米层交替叠加组成的超晶格纳米复合多层结构，即得到宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜；其中，循环执行次数为9～20次。

4.根据权利要求3所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，对抛光表面进行Ar⁺刻蚀，具体工艺参数为：基体偏压-(500～700)V，样品转速5rpm，刻蚀时长15～30min。

5.根据权利要求3所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用多靶非平衡溅射系统在Ar⁺刻蚀后的基体表面沉积金属Cr粘结层，工艺参数为：Cr靶电流为3A，基体偏压-(80-120)V，样品转速5～8rpm。

6.根据权利要求3所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，采用多靶非平衡溅射系统在Cr粘结层表面沉积WC掺杂的非晶碳梯度过渡层，工艺参数为：碳靶和碳化钨对靶的靶电流分别从0A线性增加到3A和0.6A，电流上升时间1200s，基体偏压-(60～80)V，样品转速为7～10rpm。

7.根据权利要求3所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4)中，在非晶碳梯度过渡层制备超晶格WC/a-C纳米多层，工艺参数为：碳靶和碳化钨对靶的靶电流分别为3A和0.6A，偏压-(60～80)V，样品转速为1～2rpm。

8.根据权利要求3所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤5)中，在超晶格WC/a-C纳米多层表面制备非晶碳a-C纳米层，工艺参数为，控制碳化钨靶的靶电流从0.6A线性减小至0A，电流下降时间为60s，碳靶电流为3A，偏压-(60～80)V，样品转速为1～2rpm。

9.根据权利要求3～8中任意一项所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，对基体表面进行磨削和抛光处理至基体表面粗糙度低于0.05μm；清洗是依次采用丙酮和无水乙醇溶液进行超声清洗15～20min；吹干是使用干燥氧气吹净抛光表面。

10.根据权利要求9所述的宽温域纳米复合结构碳基自润滑薄膜的制备方法，其特征在于，所述基体为铁基的合金基体。