[发明专利]一种Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜，其特征在于，该非晶碳基薄膜是由Cr粘结层、梯度过渡层、nWCC纳米子层和Si/a-C纳米子层构成的复合多层结构；其中：

所述梯度过渡层由Cr掺杂非晶碳层、Cr和WC共同掺杂非晶碳层和WC掺杂非晶碳层构成，即从Cr层过渡到WC/a-C，其成分变化为Cr/a-C，Cr/WC/a-C，WC/a-C；

所述Si/a-C纳米子层是Si元素掺杂的a-C纳米层；

所述nWCC纳米子层是由WC子层和a-C子层构成的具有超晶格的多层结构；

所述Si/a-C纳米子层中Si元素的原子数百分比为10%~20%；Si/a-C纳米子层与nWCC纳米子层的调制比为1.0~3.0，调制周期为100 nm ~250 nm；nWCC纳米子层中WC子层和a-C子层的调制比为0.5~1.0，调制周期为3 nm ~8 nm。

2.根据权利要求1所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜，其特征在于，该非晶碳基薄膜的总厚度为2.0 μm ~3.5 μm。

3.权利要求1~2中任意一项所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）对基体表面依次进行磨削、抛光、超声清洗、干燥处理，并对干燥后的表面进行真空Ar⁺刻蚀；

2）在Ar⁺刻蚀后的基体表面沉积Cr粘结层；

3）在Cr粘结层表面沉积梯度过渡层；

4）在梯度过渡层表面沉积nWCC纳米子层；

5）在nWCC纳米子层表面制备Si/a-C纳米子层；

6）重复执行步骤4）和步骤5），执行次数由待制备的薄膜厚度需求确定，制备得到Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜。

4.根据权利要求3所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域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，具体工艺为：基体偏压为-550 V ~ -650 V，样品转速为5 rpm ~8 rpm，刻蚀时长为1200 s ~1800 s。

5.根据权利要求3所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3）中，采用多靶闭合场非平衡溅射系统在Cr粘结层表面沉积梯度过渡层，工艺参数为：铬靶的靶电流由3.0 A线性减小至0 A，同时碳靶的靶电流由0 A线性增加至3.5A，设置碳化钨靶的靶电流延迟600 s后，开始从0 A线性增加至0.4 A ~0.8 A，电流变化时间为1200 s ~1800 s，基体偏压为-60 V~ -90 V，样品转速为5 rpm ~8 rpm。

6.根据权利要求3所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4）中，在梯度过渡层表面沉积nWCC纳米子层，工艺参数为：石墨靶和碳化钨对靶的靶电流分别为3.0 A ~3.5 A和0.4 A ~0.8 A，偏压为-60 V~ -80 V，样品转速为0.5rpm ~2 rpm。

7.根据权利要求3所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤5）中，在nWCC纳米子层表面制备Si/a-C纳米子层，工艺参数为：碳化钨靶的靶电流从0.4 A ~0.8 A线性减小至0 A，硅靶的靶电流从0 A线性增大至0.5 A ~0.8 A，电流变化时间为60 s，碳靶电流为3.0 A ~3.5 A，偏压为-60 V~ -80 V ，样品转速为5 rpm ~8 rpm。

8.根据权利要求3所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜的制备方法，其特征在于，步骤6）中，重复循环执行步骤4）和5）的执行次数为8~32次。

9.根据权利要求3~8中任意一项所述的Si、WC增强复合多层非晶碳基润滑薄膜的制备方法，其特征在于，所述基体选用金属及其合金。