CN106467959A - 一种基体表面的固体润滑复合涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基体表面的固体润滑复合涂层。该复合涂层是由硬质相纳米晶CrC与润滑相a-C组成，形成CrC/a-C复合涂层，不仅保持了CrC硬质涂层高硬度、低磨损的特点，同时具有a-C材料优异的自润滑特性。本发明采用多弧离子镀技术，以金属Cr为靶材，以高纯Ar为工作气体，C₂H₂为反应气体，在基体表面沉积该CrC/a-C复合涂层，能够通过控制Cr靶电流与反应气体C₂H₂流量而调控复合涂层中CrC相与a-C相的含量。该复合涂层的硬度高达31GPa，磨损率达10^-16m³/N·m量级，在大气环境中的摩擦系数低至0.2以下，对在高磨损、高摩擦环境下作业的基体能起到良好的防护作用，具有很好的应用价值。

Description

一种基体表面的固体润滑复合涂层及其制备方法

技术领域

本方法属于基体表面处理技术领域，尤其涉及一种基体表面的固体润滑复合涂层及其制备方法。

背景技术

碳化铬具有高硬度、高熔点、高弹性模量、耐化学腐蚀以及耐磨损等优良性能，是一种广泛应用的金属碳化物。碳化铬通常包括正交Cr₃C₂(Pnma)、正交Cr₇C₃(Pnma)和立方Cr₂₃C₆(Fm-3m)三种稳定晶型。由于它们具有优异的防护性能以及与钢材非常接近的热膨胀系数，因而通常作为表面涂层，在刀具、模具、叶片等领域发挥着重要作用。

在基材表面沉积碳化铬涂层的常用方法有热喷涂、激光熔覆、物理气相沉积、化学气相沉积、热扩散等。例如周权等在申请号为201410276019.9的中国发明专利文献中采用等离子体喷涂制备高硬度、低孔隙率的镍铬-碳化铬涂层。贺春林等在申请号为201010578903.X的中国发明专利文献中采用激光熔覆的方法，原位合成以Cr₃C₂为主要增强相的镍铬-碳化铬涂层。吴守军等在申请号为201310323593.0与201310703710.6的中国发明专利文献中采用化学气相沉积方法在碳钢表面制备碳化铬涂层，并通过控制化学气相沉积的温度和时间实现碳钢表面碳化铬涂层的晶型控制。Esteve J等人针对模具钢表面耐磨减摩需求，采用真空阴极弧物理蒸发技术在表面沉积碳化铬涂层。Su Y L等人针对硬质合金工具钢表面耐磨需求，采用磁控溅射制备Cr_xC耐磨涂层，对涂层与未涂层钻头通过在印刷电路板钻孔实验证实，具有Cr_50％C涂层的钻头使用寿命比未涂层的提高15倍。

但是，这些制备涂层的方法存在一定的不足之处。热喷涂一般是喷涂高温的熔融物或者半熔融物，所以会在基体的表面引起较大的热残余应力，这对于涂层和界面的结合有不利影响；热喷涂涂层孔隙率比较高且热喷涂涂层表面粗糙，对于表面粗糙度有要求的表面往往需要二次加工，加工难度大、成本高；另外，热喷涂一般只能进行直线喷涂，所以并不适合复杂形状，特别是内腔的涂覆。激光熔覆法在激光辐照下形成的熔池区域会形成很高的温度梯度，使得涂层内有很大的残余热应力极易导致涂层的开裂。化学气相沉积需要在较高温度下进行，对基材有一定限制，对气氛要求严格，沉积速率慢。

相比而言，多弧离子镀技术沉积涂层有以下优势：(1)沉积温度较低，对基材限制少；(2)金属离化率高，粒子流密度大、能力高，涂层结合力好；(3)有较好的绕镀性，有利于复杂形状的表面镀膜。但是，目前基于多弧离子镀技术制备碳化铬涂层却鲜有报道。

此外，碳化铬是硬质相，其摩擦系数较高，单一相的碳化铬涂层很难满足一些有润滑需求的机械部件表面的防护，比如轴承、活塞环、齿轮等。已有研究表明，碳化铬耐磨涂层的摩擦系数可以通过引入其他元素优化，实现耐磨自润滑特点，如通过引入润滑剂银和BaF₂-CaF₂共晶等可以制备自润滑涂层，大幅降低等离子喷涂碳化铬涂层的磨损，提高耐磨性。例如，张佳平、王路等利用超音速喷涂技术，在航空发动机的刷封式严系统的表面喷涂含有氟化钙、氟化钡的碳化铬/镍铬自润滑耐磨涂层，检测得出封严系统耐风热震循环次数达到1000次以上，摩擦系数最大不超过0.15。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供了一种基体表面的CrC基复合涂层，该复合涂层由硬质相纳米晶CrC与润滑相非晶碳(简称a-C)组成，并且以a-C为基质，纳米晶CrC镶嵌在该非晶碳基质中，形成CrC/a-C复合涂层，不仅保持了传统CrC硬质涂层高硬度、低磨损的特点，同时具有a-C材料优异的自润滑特性。

为了改善基体与成分迥异的CrC/a-C复合涂层间的结合性能，同时释放CrC/a-C复合涂层中的部分应力，作为优选，在基体与CrC/a-C复合涂层之间为软质Cr过渡层，即相对于陶瓷CrC硬质层而言，该金属Cr层属于软质层。

本发明提供的CrC/a-C复合涂层的硬度为25-31Gpa，磨损率达10^-16m³/N·m量级，在大气环境中的摩擦系数低至0.2以下，对基体具有良好的防护作用，尤其适用于防护在高磨损、高摩擦环境下作业的基体，例如金属或合金质机械运动基础件，如活塞环、齿轮、阀门、滑片、密封环等，从而有效提高基体的综合性能及服役寿命，以满足现代机械工业飞速发展对零部件表面防护问题的迫切需求，具有很好的应用价值。

本发明还提供了一种制备上述基体表面的CrC/a-C复合涂层的方法，该方法采用多弧离子镀技术，以金属Cr为靶材，以高纯Ar为工作气体，C₂H₂为反应气体，对表面清洗处理后的基体施加负偏压，对Cr靶施加靶电流，在基体表面沉积该CrC/a-C复合涂层。

作为优选，沉积CrC/a-C复合涂层之前腔体抽真空至3×10^-3Pa～5×10^-3Pa。

作为优选，所述的Ar流量为300～400sccm，气压保持为0.7～1.5Pa。

作为优选，所述的C₂H₂流量为50～200sccm，C₂H₂分压保持为0.1～0.4Pa。

作为优选，所述的Cr靶电流为40～80A。

作为优选，所述的基体负偏压为-50～-180V。

所述的Cr靶数目不限，作为优选，2≤Cr靶数目≤8，并且以基体为中心，Cr靶优选为对称分布。

作为优选，所述的Cr靶纯度为99％以上。

作为优选，所述的C₂H₂及氩气纯度选用99.9％以上。

作为优选，待CrC/a-C复合涂层沉积完毕后，在真空环境下冷却至200～250℃以下，然后在氮气保护气氛下冷却至80～100℃以下，最后放气开腔出炉，即在基体表面获得耐磨减摩的CrC/a-C复合涂层。

所述的基体不限，包括304不锈钢基体、钛合金基体等。

所述的基体表面的清洗处理包括超声清洗、多弧离子镀反溅射清洗等中的一种或几种。其中，多弧离子镀反溅射清洗是指将基体放入多弧离子镀设备腔体，腔体通入高纯Ar，以金属Cr为靶材，对Cr靶施加直流电流，在基体负偏压下轰击基体进行的偏压反溅射清洗，在该过程中，优选措施如下：

作为优选，所述的腔体温度为300～400℃；

作为优选，清洗之前腔体本底真空抽至3×10^-3Pa～5×10^-3Pa；

作为优选，所述的Ar流量为100～300sccm；

作为优选，所述的靶电流为50～70A；

作为优选，所述的基体负偏压为-800～-1300V。

作为优选，在沉积CrC/a-C复合固体润滑涂层之前，首先在基体表面利用多弧离子镀技术沉积软质Cr过渡层，以改善基体与成分迥异的CrC/a-C复合涂层间的结合性能，同时释放CrC/a-C复合涂层中的部分应力。即，将基体放入多弧离子镀设备腔体，腔体通入高纯Ar，以金属Cr为靶材，对Cr靶施加电流，基体施加负偏压，在基体表面沉积Cr过渡层，在该过程中，优选措施如下：

作为优选，所述的腔体温度为300～400℃；

作为优选，沉积之前腔体本底真空抽至3×10^-3Pa～5×10^-3Pa；

作为优选，所述的Ar流量为300～400sccm，工作气压为0.7～0.8Pa；

作为优选，所述的Cr靶弧电流为50～70A；

作为优选，所述的基体负偏压为-20V～-40V；

作为优选，所述的沉积时间为10～30分钟。

上述制备方法中，当其他条件不变时可以通过控制Cr靶电流和/或反应气体C₂H₂流量(分压)来调控复合涂层中CrC相与a-C相的含量。

另外，本发明人经过大量实验探索后发现，沉积CrC/a-C复合涂层时，保持其他条件不变，增大基体负偏压的大小，能够使该复合涂层的结构变化为：由硬质相多晶CrC与润滑相纳米晶碳(简称nc-C)组成，并且以多晶CrC为基质，nc-C镶嵌在该多晶CrC基质中，形成nc-C/CrC复合涂层。究其原因如下：

沉积偏压是物理气相沉积技术中重要的薄膜制备工艺参数之一，其决定了薄膜沉积过程中离子轰击的能量，直接影响了薄膜沉积的形核过程和生长动力学。在本发明的CrC/a-C复合涂层的沉积过程中，Cr-C成键所需能量大于C-C键。

当基体负偏压较低时，离子轰击能量较小，带电粒子能量就较小，涂层以C-C键为主，并且低能粒子的轰击使基体温度较低，达不到C的晶化温度，因此形成非晶C(a-C)的连续相。同时，由于带电粒子能量较小，在基体表面迁移能力较弱，导致少量的CrC结晶不完善，为纳米晶形式，因此少量的CrC以纳米晶形式相弥散于非晶C连续相之中。

随着基体负偏压增加，带电粒子轰击能量增加，C原子更倾向与Cr原子结合，生成多晶CrC的连续相，并且由于在基体表面的迁移能力增强，促使CrC晶粒充分长大，由纳米晶向多晶转变，形成多晶CrC基质相；此外，轰击能量的增加导致基体温度升高，达到了C的晶化温度，使非晶碳(a-C)向纳米晶碳(nc-C)转变，因此过量的C原子以纳米晶的形式镶嵌于多晶CrC基质相中。

这种nc-C/CrC复合涂层中，碳以纳米晶的形式弥散于具有较大晶粒尺寸的碳化铬基质中，不仅能够保持CrC/a-C复合涂层的高硬度、低摩擦系数的优点，而且与CrC/a-C复合涂层相比，该nc-C/CrC复合涂层具有更高的硬度，其硬度可超过40Gpa。这是因为：一方面碳纳米晶进入碳化铬基质中形成“内晶型”结构，碳纳米晶在碳化铬晶粒内形成大量次界面和微裂纹，有利于细化碳化铬基体颗粒，削弱主晶界的作用；另一方面碳纳米晶钉扎在碳化铬基质晶界处形成“晶间型”结构，对主晶界起到局部强化效果。正是由于上述特殊的纳米复合增强增韧结构，使复合涂层硬度超过40Gpa，达到超硬涂层的硬度，这对提升涂层的耐磨性能有很大益处。

作为优选，所述的基体负偏压为-200～-300V。

本发明提供的利用多弧离子镀技术在基体表面沉积制备该CrC/a-C复合涂层的方法具有如下有益效果：

(1)在沉积过程中引入碳源会使CrC涂层呈富碳成分，富碳成分在涂层中以a-C相形式存在，使涂层呈CrC/a-C两相复合结构。通常多弧离子镀制备的碳化物硬质涂层会沿择优方向生长而在垂直涂层方向呈柱状晶结构，粗大的柱状结构会降低涂层致密性。而非晶碳相能够有效填充CrC晶界，阻碍CrC择优生长，破坏柱状结构，从而形成致密的涂层结构，有利于提高涂层硬度与耐磨性。另一方面a-C相具有优异的自润滑特性，其sp²C-C片层状结构具有较低的剪切应力，在摩擦过程中容易在对偶表面形成a-C转移膜，从而有效降低复合涂层的摩擦系数。

(2)沉积过程中，能够通过控制Cr靶电流和/或碳源C₂H₂的气体流量来调控涂层中Cr元素与C元素含量，进而调控涂层中CrC相与a-C相的含量。

(3)沉积过程中，能够通过控制基体负偏压的大小而调节该复合涂层的结构变化为nc-C镶嵌在多晶CrC基质中的nc-C/CrC复合涂层，进一步提高复合涂层的硬度。

附图说明

图1是本发明实施例1中以钛合金球阀为基体的CrC/a-C复合涂层微观结构的TEM图：(a)高分辨图，(b)电子衍射图；

图2是本发明实施例1-3中以钛合金球阀为基体的CrC/a-C复合涂层的硬度测试结果图；

图3是本发明实施例1-3中以钛合金球阀为基体的CrC/a-C复合涂层在大气环境中的摩擦系数测试结果图；

图4是本发明实施例4中以钛合金球阀为基体的nc-C/CrC复合涂层微观结构的TEM图片；

图5是本发明实施例4中以钛合金球阀为基体的nc-C/CrC复合涂层的硬度测试结果图；

图6是本发明实施例4中以钛合金球阀为基体的nc-C/CrC复合涂层在大气环境中的摩擦系数测试结果图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

本实施例中，基体为钛合金球阀，该基体的硬密封面上是Cr过渡层，Cr过渡层表面是CrC/a-C复合涂层。该复合涂层的制备方法具体如下：

(1)镀前处理

将基体放至石油醚中，用超声波搅拌清洗15分钟，去除基体表面油污后放入丙酮中超声清洗15分钟，随后在无水乙醇中超声清洗15分钟，最后取出用氮气吹干；

(2)偏压反溅射清洗

将步骤(1)处理后的基体装入多弧离子镀腔体，腔体温度为350℃，背底真空预抽至4.00×10^-3Pa；然后，向腔体通入纯度大于或等于99.999％的Ar气，Ar气流量为100sccm，基体施加负偏压，依次在-900V、-1100V和-1200V的负偏压下持续轰击基体3分钟；

(3)沉积软质Cr过渡层

以纯度大于或等于99.5％的金属Cr为靶材，在腔体中设置6个金属Cr靶，继续向腔体通入Ar气，氩气流量为350sccm，工作气压为0.4Pa；向基体施加沉积负偏压为-20V，Cr靶施加电流为60A，沉积温度为350℃，在基体表面沉积10min，获得约0.2um厚的Cr支撑层；

(4)沉积CrC/a-C复合涂层

保持Ar气流量不变，然后向腔体内通入纯度大于或等于99.9％的C₂H₂作为反应气体，流量为70sccm，维持真空度在1.00Pa；升高Cr靶电流至65A，沉积温度保持在400℃，对基体施加-150V偏压，在基体表面沉积CrC/a-C复合涂层，沉积时间120min；

(5)待涂层沉积结束后，真空环境下冷却至200℃以下，然后向腔体充入保护性气体N₂，在保护气氛下冷却至100℃以下，放气至大气压，开腔出炉，在基体表面得到CrC/a-C复合涂层。

上述制得的CrC/a-C复合涂层的微观结构TEM图片如图1中(a)所示，其中1所示深色区域为CrC的纳米晶，能看到明显的晶格条纹，2所示浅色区域为C的非晶相。(b)图为其电子衍射图，图中靠近圆心部分是明亮的衍射环，对应CrC纳米晶，外围是相对模糊的光晕，对应非晶C相。涂层整体结构为纳米晶CrC镶嵌于非晶碳(a-C)基质的纳米复合结构。

对上述制得的CrC/a-C复合涂层进行如下性能测试：

(1)在MTS-Nano G200纳米压入测试平台以连续刚度法测定该基体表面涂层的硬度与弹性模量。测定方法为：在涂层表面选择6个不同区域，以Berkovich金刚石压头压入固定深度1000nm后卸载，获得压入-卸载曲线，计算得到涂层的硬度与弹性模量，然后取平均值。测定结果如图2中的H1曲线所示，表明该CrC/a-C复合涂层的硬度为31GPa。

(2)采用UMT-3多功能摩擦磨损试验机对该基体表面涂层在大气环境下的摩擦磨损寿命进行评价。具体方法为：采用镀膜齿轮切样和摩擦配副相互往复滑动方式，滑动频率分别为5Hz，载荷为5N，环境温度(19±3)℃，相对湿度(75±5)％，Φ＝3mm的YG-6硬质合金球(其组分及质量含量为：94％WC与6％Co，H≈14GPa，E≈650GPa)作为摩擦配副。摩擦系数随滑动时间的变化关系如图3中的fc1曲线所示，平均摩擦系数及磨损率如下表1所示，平均摩擦系数为0.189，磨损率为2.7×10^-15m³/N·m。

实施例2：

本实施例中，基体与实施例1中的基体完全相同。与实施1相同，该基体的硬密封面上是Cr过渡层，Cr过渡层表面是CrC/a-C复合涂层。

该复合涂层的制备方法具体如下：

(1)与实施例1中的步骤(1)相同；

(2)与实施例1中的步骤(2)相同；

(3)与实施例1中的步骤(3)相同；

(4)沉积CrC/a-C复合涂层

保持Ar气流量不变，然后向腔体内通入纯度大于或等于99.9％的C₂H₂作为反应气体，流量为100sccm，维持真空度在1.20Pa；升高Cr靶电流至65A，沉积温度保持在400℃，对基体施加-150V偏压，在基体表面沉积CrC/a-C复合涂层，沉积时间120min。

(5)与实施例1中的步骤(5)相同；

上述制得的CrC/a-C复合涂层的微观结构TEM图片类似图1所示，显示涂层为纳米晶CrC镶嵌于非晶碳(a-C)基质的纳米复合结构。

对上述制得的CrC/a-C复合涂层进行如下性能测试：

(1)硬度测试与实施例1中的测试步骤(1)相同。测定结果如图2中的H2曲线所示，表明该CrC/a-C复合涂层的硬度为27.1GPa。

(2)摩擦磨损测试与实施例1中的测试步骤(2)相同。摩擦系数随滑动时间的变化关系如图3中的fc2曲线所示，平均摩擦系数及磨损率如下表1所示，平均摩擦系数为0.185，磨损率为2.9×10^-15m³/N·m。

实施例3：

本实施例中，基体与实施例1中的基体完全相同。与实施1相同，该基体的硬密封面上是Cr过渡层，Cr过渡层表面是CrC/a-C复合涂层。

该复合涂层的制备方法具体如下：

(1)与实施例1中的步骤(1)相同；

(2)与实施例1中的步骤(2)相同；

(3)与实施例1中的步骤(3)相同；

(4)沉积CrC/a-C复合涂层

保持Ar气流量不变，然后向腔体内通入纯度大于或等于99.9％的C₂H₂作为反应气体，流量为150sccm，维持真空度在1.40Pa；升高Cr靶电流至65A，沉积温度保持在400℃，对基体施加-150V偏压，在基体表面沉积CrC/a-C复合涂层，沉积时间120min。

(5)与实施例1中的步骤(5)相同；

上述制得的CrC/a-C复合涂层的微观结构TEM图片类似图1所示，显示涂层为纳米晶CrC镶嵌于非晶碳(a-C)基质的纳米复合结构。

对上述制得的CrC/a-C复合涂层进行如下性能测试：

(1)硬度测试与实施例1中的测试步骤(1)相同。测定结果如图2中的H3图线所示，表明该CrC/a-C复合涂层的硬度为25.4GPa。

(2)摩擦磨损测试与实施例1中的测试步骤(2)相同。摩擦系数随滑动时间的变化关系如图3中的fc3曲线所示，平均摩擦系数及磨损率如小表1所示，平均摩擦系数为0.171，磨损率为3.2×10^-15m³/N·m。

实施例4：

本实施例中，基体与实施例1中的基体完全相同。与实施1相同，该基体的硬密封面上是Cr过渡层，Cr过渡层表面是富碳CrC复合涂层，具体制备方法如下：

(1)与实施例1中的步骤(1)相同；

(2)与实施例1中的步骤(2)相同；

(3)与实施例1中的步骤(3)相同；

(4)保持Ar气流量不变，然后向腔体内通入纯度大于或等于99.9％的C₂H₂作为反应气体，流量为70sccm，维持真空度在1.0Pa；升高Cr靶电流至65A，沉积温度保持在400℃，对基体施加-250V偏压，在基体表面沉积富碳CrC复合涂层，沉积时间120min；

(5)与实施例1中的步骤(5)相同。

上述制得的复合涂层的微观结构TEM图片如图4所示，显示该复合涂层由CrC和C两相构成，CrC良好的结晶性，方框中CrC相区域放大后可以看见明显的晶格条纹，黑线代表不同CrC晶粒的取向，表明CrC的结晶性良好，为多晶态。圆圈所示碳相区域尺寸小于10nm，该区域放大后可以看见明显的晶格条纹，显示该碳相为纳米晶形式。即，以多晶CrC为基质，碳纳米晶弥散镶嵌在该多晶CrC基质中，形成“内晶型”nc-C/CrC复合涂层结构。

对上述制得的nc-C/CrC复合进行如下性能测试：

(1)硬度测试与实施例1中的测试步骤(1)相同。测定结果表明该nc-C/CrC复合涂层的硬度随压入深度的变化关系如图5所示，为44GPa，达到超硬涂层的硬度。

(2)摩擦磨损测试与实施例1中的测试步骤(2)相同。测定结果表明该nc-C/CrC复合涂层的摩擦系数随滑动时间的变化关系如图6所示，平均摩擦系数与磨损率如表1所示，表明涂层摩擦系数为0.2，磨损率为1.25×10^-15m³/N·m。

表1：实施例1-4中CrC/a-C复合涂层的沉积条件，以及复合涂层的元素含量、硬度、平均摩擦系数与磨损率结果

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基体表面的固体润滑复合涂层，其特征是：所述的复合涂层由硬质相纳米晶CrC与润滑相a-C组成，并且以a-C为基质，纳米晶CrC镶嵌在该a-C基质中，形成CrC/a-C复合涂层。

2.如权利要求1所述的基体表面的固体润滑复合涂层，其特征是：在基体与CrC/a-C复合涂层之间为软质Cr过渡层。

3.如权利要求1或2所述的基体表面的固体润滑复合涂层，其特征是：所述的CrC/a-C复合涂层在大气环境中的摩擦系数在0.2以下；

所述的CrC/a-C复合涂层的硬度优选为25-31Gpa。

4.一种基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：采用多弧离子镀技术，以金属Cr为靶材，以高纯Ar为工作气体，C₂H₂为反应气体，对表面清洗处理后的基体施加负偏压，对Cr靶施加靶电流，在基体表面沉积CrC/a-C复合涂层。

5.如权利要求4所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：沉积CrC/a-C复合涂层之前腔体抽真空至3×10^-3Pa～5×10^-3Pa；

作为优选，所述的基体表面清洗处理是在基体负偏压下轰击基体进行的偏压反溅射清洗，在该过程中，优选措施如下：

作为优选，所述的腔体温度为300～400℃；

作为优选，清洗之前腔体本底真空抽至3×10^-3Pa～5×10^-3Pa；

作为优选，所述的Ar流量为100～300sccm；

作为优选，所述的靶电流为50～70A；

作为优选，所述的基体负偏压为-800～-1300V。

6.如权利要求4所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：所述的C₂H₂流量为50～200sccm，C₂H₂分压保持为0.1～0.4Pa，Cr靶电流为40～80A。

7.如权利要求4所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：所述的基体负偏压为-50～-180V，所述的复合涂层由硬质相纳米晶CrC与润滑相a-C组成，并且以a-C为基质，纳米晶CrC镶嵌在该a-C基质中，形成CrC/a-C复合涂层。

8.如权利要求4所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：所述的基体负偏压为-200～-300V，所述的复合涂层由硬质相多晶CrC与润滑相纳米晶碳组成，并且以多晶CrC为基质，nc-C镶嵌在该多晶CrC基质中，形成nc-C/CrC复合涂层。

9.如权利要求4至8中任一权利要求所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：通过控制Cr靶电流与反应气体C₂H₂流量而调控复合涂层中CrC相的含量。

10.如权利要求4至8中任一权利要求所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：在沉积固体润滑复合涂层之前，将基体放入多弧离子镀设备腔体，腔体通入高纯Ar，以金属Cr为靶材，对Cr靶施加电流，基体施加负偏压，在基体表面沉积Cr过渡层；

作为优选，所述的腔体温度为300～400℃；

作为优选，沉积之前腔体本底真空抽至3×10^-3Pa～5×10^-3Pa；

作为优选，所述的Ar流量为300～400sccm，工作气压为0.7～0.8Pa；

作为优选，所述的Cr靶弧电流为50～70A；

作为优选，所述的基体负偏压为-20V～-40V；

作为优选，所述的沉积时间为10～30分钟。

11.如权利要求4至7中任一权利要求所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：所述的复合涂层的在大气环境中的摩擦系数在0.2以下，硬度优选为25-31Gpa。

12.如权利要求8所述的基体表面的固体润滑复合涂层的制备方法，其特征是：所述的复合涂层的在大气环境中的摩擦系数在0.2以下，硬度大于40Gpa。