[发明专利]一种宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜，其特征在于，该非晶碳基薄膜是由Cr粘结层、梯度过渡层和Si、WC组元共同掺杂的非晶碳目标层组成的具有纳米晶非晶的复合结构；其中：

梯度过渡层由Cr粘结过渡层、Cr掺杂非晶碳过渡层和Si、WC共同掺杂非晶碳过渡层构成；Si元素的原子数百分比为18at％～28at％，W元素的原子数百分比为7at％～12at％；

Cr粘结层厚度为100nm-300nm，Si、WC组元共同掺杂的非晶碳目标层厚度为1.8μm～3.0μm，该非晶碳基薄膜的总厚度为2.0μm～3.5μm。

2.权利要求1所述的宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜的制备方法，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粘结层表面沉积成分渐变的梯度过渡层；

4)在梯度过渡层表面沉积Si、WC组元共同掺杂的非晶碳目标层，制得一种宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜。

3.根据权利要求2所述的宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，选取轴承钢、高速钢或不锈钢作为基体；对抛光表面进行Ar⁺刻蚀，具体工艺为：当真空腔体气压为1×10^-4Pa时，通入高纯Ar，施加-600V的偏压，对基体表面和靶材表面进行等离子体辉光刻蚀1800s。

4.根据权利要求2所述的宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用多靶闭合场非平衡溅射系统在Ar⁺刻蚀后的基体表面沉积Cr粘结层，工艺参数为：腔体气压为400Pa～600Pa，Cr靶电流为3.0A，基体偏压为-80V～-120V，样品转速为4rmp～8rmp。

5.根据权利要求2所述的宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜的制备方法，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：Cr靶的靶电流由3.0A线性减小至0A，同时碳靶的靶电流由0A线性增加至3.0A～3.5A，电流变化时间为900s～1200s；然后，碳化钨靶和硅靶的靶电流由0A线性增加至0.3A～0.7A和0.5A～1.0A，电流变化时间480s～720s；基体偏压为-60V～-90V，样品转速为6rmp～10rmp。

6.根据权利要求2所述的宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4)中，采用多靶闭合场非平衡溅射系统在梯度过渡层表面沉积Si、WC组元共同掺杂的非晶碳目标层，工艺参数为：碳靶的靶电流为3.0A～3.5A、碳化钨靶的靶电流为0.3A～0.7A、硅靶的靶电流为0.5A～1.0A，基体偏压为-60V～-90V，样品转速为6rmp～10rmp。

7.根据权利要求2～6中任意一项所述的宽温域自润滑Si、WC组元掺杂的非晶碳基薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，对基体表面进行磨削、抛光处理至基体表面粗糙度低于0.05μm；依次采用石油醚、丙酮和无水乙醇溶液进行超声清洗15min～20min；使用干燥氮气吹干抛光表面。