CN106884149A - 水环境耐磨涂层、其制备方法及应用 - Google Patents

水环境耐磨涂层、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水润滑环境耐磨涂层、其制备方法及应用。所述制备方法包括：采用非平衡磁控溅射系统，在经预处理后的基体表面沉积复合梯度过渡层，其包括在基体表面依次形成的Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层；采用非平衡磁控溅射系统，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体而在所述复合梯度过渡层共沉积形成氢化非晶碳基薄膜层。本发明采用复合梯度过渡层与表面氢化非晶碳基固体润滑薄膜有机结合的设计，大幅提升了表面非晶碳基薄膜的硬度、耐磨损性能，有效克服了非晶碳基薄膜的水分子敏感性，使之在水环境表现出优异摩擦磨损性能，可显著降低工作于水基流体介质中机械运动基础件的摩擦系数和磨损速度，广泛适用于各类水力流体机械系统。

Description

水环境耐磨涂层、其制备方法及应用
技术领域
本发明具体涉及一种基于高硬度、低摩擦磨损氢化非晶碳基固体润滑薄膜的水润滑环境耐磨涂层、其制备方法及应用，属于机械零部件表面强化处理技术领域。
背景技术
由于环保和节能的需求，水润滑代替油润滑技术的研究和开发备受关注。水润滑具有无污染、来源广泛、节省能源、安全性、难燃性等特点，在水泵、舰艇、液压系统、核电冷却等领域已被广泛应用。然而，由于水粘度较低，润滑不足容易造成摩擦副表面材料的严重磨损，进而影响零部件有效运行。水润滑摩擦副的摩擦磨损问题成为整个水利系统长寿命稳定的关键问题。
非晶碳基薄膜由于优异的减摩耐磨作用，在众多摩擦学应用技术领域均显示出巨大潜力。特别是在水润滑领域，摩擦副表面构筑的非晶碳膜保证了摩擦副在启停或瞬时过载等润滑不足情况下的低摩擦运转，而且其良好的耐磨特性又可对摩擦副表面起到有效的防护作用，为解决在润滑条件较差的水介质中机械摩擦副部件的摩擦磨损问题提供了有效途径。据研究表明，非晶碳膜材料还可减少水润滑摩擦副的跑合期，提高水润滑部件的整体工作性能。因此，在不锈钢质机械运动零部件(如齿轮、叶片、阀门、柱塞、轴承、密封环等)表面沉积非晶碳基固体润滑薄膜对基底材料具有明显的保护作用。
但是，由于制备方法和微观结构的不同，大多数非晶碳基薄膜的摩擦性能对水环境比较敏感，尤其含氢的非晶碳基薄膜具有强烈的湿度敏感性，在水环境表现出明显升高的摩擦系数与磨损率，部分含氢碳膜甚至在水环境迅速磨穿失效。相较而言，虽然无氢碳膜可以在水环境保持较低的摩擦系数及磨损率，但其硬度、弹性模量通常较低，不能满足高强度、高载荷的应用场合。因此，制备应用于水环境的高硬度、摩擦性能优异的非晶碳基固体润滑薄膜材料是迫切需要解决的问题，也是满足不锈钢质机械运动基础件在水环境长期稳定服役的有效保障。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水润滑环境耐磨涂层、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明的实施例提供了一种水润滑环境耐磨涂层，其包括依次形成于基体表面的复合梯度过渡层和氢化非晶碳基薄膜层，所述复合梯度过渡层包括在基体表面依次形成的Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层。
在一些较佳实施方案中，沿逐渐远离所述基体的方向，所述Cr/WC过渡层中的Cr含量呈降低趋势，WC含量呈升高趋势，而所述WC/C过渡层中的WC含量呈降低趋势，C含量呈升高趋势。
在一些较佳实施方案中，所述氢化非晶碳基薄膜层是通过溅射石墨靶且同时离化乙炔气体而在所述复合梯度过渡层上沉积形成。
进一步的，所述基体包括不锈钢基体。
本发明的实施例提供了一种制备所述水润滑环境耐磨涂层的方法，其包括：
采用非平衡磁控溅射系统，在经预处理后的基体表面沉积复合梯度过渡层，所述复合梯度过渡层包括在基体表面依次形成的Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层，沿逐渐远离所述基体的方向，所述Cr/WC过渡层中的Cr含量呈降低趋势，WC含量呈升高趋势，而所述WC/C过渡层中的WC含量呈降低趋势，C含量呈升高趋势；
采用非平衡磁控溅射系统，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体而在所述复合梯度过渡层共沉积形成氢化非晶碳基薄膜层。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明工艺通过应用非平衡磁控溅射方法，可以在不锈钢运动基础件等基体表面沉积性能优异的涂层(亦可认为是镀层)，在沉积过程(亦可认为是镀膜过程)中离子轰击倾向于从膜层上剥离结合较松散的和凸出部位的粒子，切断膜层结晶态、凝聚态的优势生长，从而得到致密均匀，膜基结合力高的镀层，保证非晶碳基固体润滑薄膜在水环境具有良好的使用性能。
(2)本发明工艺通过引入乙炔气体氢化非晶碳基固体润滑薄膜，能明显提高表层非晶碳膜的硬度。同时采用金属/金属化合物多梯度层构筑方法，有效提高了基底与镀层之间的膜基结合力，增强了顶层薄膜的韧性和承载能力，缓解了非晶碳基固体润滑薄膜的水分子敏感性，在摩擦过程中起到缓冲应力，阻止界面裂纹萌生的作用，使非晶碳基固体润滑薄膜的摩擦系数和磨损率显著降低，综合磨损性能大幅度提高。
(3)本发明的水润滑环境耐磨涂层实现了不锈钢质机械运动基础件等基体表面镀层结构与功能协调统一，有效提高涂层与基体的综合性能及服役寿命，能够满足水润滑环境耐磨涂层的迫切需求。
附图说明
图1是本发明实施例1中镀层的截面示意图；
图2是本发明实施例1中镀层的纳米硬度图；
图3是本发明实施例1中镀层在去离子水环境和海水环境的摩擦系数图；
图4是本发明实施例2中镀层的截面示意图；
图5是本发明实施例2中镀层的纳米硬度图；
图6是本发明实施例2中镀层在去离子水环境、海水环境的摩擦系数图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明的一个方面的一些实施例中提供了一种水润滑环境耐磨涂层，其包括依次形成于基体表面的复合梯度过渡层和氢化非晶碳基薄膜层，所述复合梯度过渡层包括在基体表面依次形成的Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层。
进一步的，所述涂层的厚度为2～2.5μm。
进一步的，所述复合梯度过渡层的厚度为1～1.4μm。
进一步的，所述Cr过渡层的厚度为0.4～0.6μm。
进一步的，所述Cr/WC过渡层的厚度为0.1～0.2μm。
进一步的，所述WC/C过渡层的厚度为0.4～0.6μm。
进一步的，沿逐渐远离所述基体的方向，所述Cr/WC过渡层中的Cr含量呈降低趋势，WC含量呈升高趋势，而所述WC/C过渡层中的WC含量呈降低趋势，C含量呈升高趋势。
进一步的，所述氢化非晶碳基薄膜层是通过溅射石墨靶且同时离化乙炔气体而在所述复合梯度过渡层上沉积形成。
进一步的，所述氢化非晶碳基薄膜层内sp3键与sp2键含量比介于1.1～1.3，硬度介于25～35GPa，在水环境与不同摩擦副对磨摩擦系数均小于0.12，磨损率低至10-16m3/N.m。
进一步的，所述基体可优选为但不限于不锈钢基体。
在一些较为具体的实施方案中，一种水润滑环境耐磨涂层是以不锈钢质机械运动零部件(如齿轮、叶片、阀门、柱塞、轴承、密封环等)为基体，采用非平衡磁控溅射技术，首先在不锈钢质零部件表面沉积Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层，之后通过溅射石墨靶并同时离化乙炔气体，在复合梯度过渡层表面共沉积形成高硬度、耐磨损的氢化非晶碳基薄膜层(亦称为水环境用氢化非晶碳基固体润滑薄膜)。
本发明的另一个方面的一些实施例中还提供了一种水润滑环境耐磨涂层的制备方法，其主要是基于物理气相沉积技术中的非平衡磁控溅射方法实现的。
在一些实施方案之中，所述制备方法可以包括预处理，复合梯度过渡层沉积以及氢化非晶碳基薄膜层沉积等步骤。较为优选的，所述预处理可以包括依次进行的镀前清洗处理、等离子体刻蚀处理等过程。
在一些较为典型的实施方案中，所述制备方法包括：
采用非平衡磁控溅射系统，在经预处理后的基体表面沉积复合梯度过渡层，所述复合梯度过渡层包括在基体表面依次形成的Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层，沿逐渐远离所述基体的方向，所述Cr/WC过渡层中的Cr含量呈降低趋势，WC含量呈升高趋势，而所述WC/C过渡层中的WC含量呈降低趋势，C含量呈升高趋势；
采用非平衡磁控溅射系统，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体而在所述复合梯度过渡层共沉积形成氢化非晶碳基薄膜层。
进一步的，所述复合梯度过渡层的沉积过程包括：
第一周期，以Cr靶在所述基体表面溅射形成Cr过渡层；
第二周期，逐渐将Cr靶功率减小至0kw，同时开启WC靶，从而在所述Cr过渡层上沉积形成Cr/WC过渡层；
第三周期，逐步将WC靶功率减小至0kw，同时开启石墨靶，从而在所述Cr/WC过渡层上沉积形成WC/C过渡层。
较为优选的，在所述复合梯度过渡层的沉积过程中，采用的基底偏压为100～300V，靶电压为500～700V。
较为优选的，在所述复合梯度过渡层的沉积过程中，第一周期内采用的靶功率为5～7kw。
较为优选的，在所述复合梯度过渡层的沉积过程中，每一周期持续30～50min。
进一步的，所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程包括：采用非平衡磁控溅射系统，以石墨靶为靶材，同时引入乙炔气体氢化表面镀层，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体，共沉积形成所述氢化非晶碳基薄膜层。
较为优选的，在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，采用的基底偏压为100～300V，靶电压为500～700V。
较为优选的，在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，乙炔气体的流量为300～400sccm。
较为优选的，在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，采用的靶功率为5～7kw。
较为优选的，在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体4～6h，从而共沉积形成所述氢化非晶碳基薄膜层。
进一步的，所述的制备方法还包括：对所述基体表面进行清洗后，再将所述基体置入反应腔，并抽真空至(1～3)×10-3Pa，同时将所述基体预热至300～400℃，且通入300～400sccm的高纯氩气流，开启靶材电源激发Ar+，利用等离子体对所述基体表面刻蚀清洗10～15min，其中靶材偏压为500～700V，基体偏压为100～200V，从而完成对所述基体表面的预处理，之后进行所述复合梯度过渡层的沉积。
在一些较为具体的实施案例中，所述制备方法包括如下具体步骤：
(1)镀前清洗处理：对不锈钢质基体进行表面清洗，首先将基体放至石油醚中，利用超声波搅拌清洗20～30min除去表面油污，之后依次放入丙酮溶液和无水乙醇溶液超声清洗10～20min，取出后氮气风干；
(2)表面刻蚀处理：将上述处理后的基体装入腔体，抽真空至(1～3)×10-3Pa，同时将基体预加热至300～400℃，通入300～400sccm的高纯氩气流，开启靶材电源激发Ar+，利用等离子体对待镀基体表面刻蚀清洗10～15min，该过程设定靶材偏压为500～700V，基底偏压为100～200V。
(3)复合梯度过渡层沉积：采用非平衡磁控溅射系统，将经过上述表面处理后的不锈钢质机械零部件表面沉积复合梯度过渡层。所用靶材为两个纯Cr靶，两个纯WC靶，两个纯石墨靶。沉积过程包括三个周期，每个周期持续30～50min。在第一个周期内，首先开启Cr靶溅射形成Cr过渡层，靶功率为5～7kw；之后在第二个周期内Cr靶功率逐渐减小到0kw，同时开启WC靶，完成由Cr向WC的元素过渡，得到Cr/WC过渡层；在最后一个周期内，逐步减小WC靶功率，开启石墨靶，以同样的方式构筑得到WC/C过渡层。制备过程基底偏压为100～300V，靶电压为500～700V。该复合梯度过渡层的过渡形式可实现元素间完全过度，同时有效增强层层之间的膜基结合强度，使表层非晶碳基薄膜更好发挥减摩耐磨的作用效果。
(4)沉积氢化非晶碳基固体润滑薄膜(氢化非晶碳基薄膜层)：采用非平衡磁控溅射系统，在过渡层表面沉积氢化非晶碳基固体润滑薄膜，所用靶材为两个石墨靶，同时引入300～400sccm乙炔气体氢化表面镀层，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体4～6h，共沉积得到氢化非晶碳基薄膜层。该过程所用靶功率为5～7kw，基底偏压为100～300V，石墨靶电压为500～700V。
较为优选的，所述的制备方法包括：在所述复合梯度过渡层和氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，于反应腔室内设置两个纯Cr靶，两个WC靶和两个石墨靶，相同靶材两两相对设置。
本发明的另一个方面的一些实施例中还提供了所述水润滑环境耐磨涂层的用途，例如在水基流体介质中作为器件防护层的用途。
相应的，在一些实施例中提供了一种装置，其包括：基体，以及，覆盖于所述基体表面的所述的水润滑环境耐磨涂层。
进一步的，所述基体可优选自但不限于不锈钢质机械运动基础件。
本发明采用物理气相沉积技术中的非平衡磁控溅射技术，首先在不锈钢基体等基体表面沉积硬质复合梯度过渡层。该复合梯度过渡层可提高氢化非晶碳基薄膜(如下简称“薄膜”或“非晶碳基薄膜”)与基底之间的结合强度，同时进一步增强薄膜承载能力，能够有效克服非晶碳基薄膜的水分子敏感性，改善其在水环境容易发生局部脱落而导致润滑失效的缺陷，达到降低摩擦系数，减小磨损率的效果。然后通过同时溅射石墨靶并引入适量乙炔气体，氢化非晶碳膜的方式，增加薄膜中sp3键的含量从而实现高硬度、低摩擦磨损的高硬度非晶碳基自润滑薄膜。
本发明采用非晶碳基固体润滑薄膜与复合梯度过渡结构复合的设计，有效克服了非晶碳基固体润滑薄膜的水分子敏感性从而使薄膜在水环境表现出了优异的摩擦磨损性能，该薄膜可显著降低工作于水基流体介质中的齿轮、叶片、阀门、柱塞、轴承、密封环等机械运动基础件的摩擦系数和磨损速度，广泛适用于泵、阀、液压马达等水力流体机械系统。
以下结合附图及若干实施例对本发明的技术方案作详细的解释说明。
实施例1本实施例以不锈钢质水泵轴承为基体，并在该基体上沉积了水润滑环境防腐耐磨涂层(如下简称“镀层”)，其操作步骤包括：
(1)镀前处理：将待沉积不锈钢质齿轮基体放至石油醚中，利用超声波搅拌清洗30min去除油污，之后依次在丙酮和无水乙醇中超声清洗20min，最后取出氮气风干。
(2)表面刻蚀处理：将经过表面清洗后的样品放到反应腔样品架，反应腔预抽真空至1×10-3Pa，加热基体至300℃，通入300sccm的高纯氩气，利用激发的等离子体刻蚀清洗样品表面10min，靶材偏压为500V，靶电流为70A。
(3)梯度过渡层沉积：采用非平衡磁控溅射系统，首先在经过处理后的密封圈表面沉积复合梯度过渡层，所用靶材为两个纯Cr靶，两个纯WC靶，靶材纯度＞99.5％(重量)，相同靶位采取对称布置。维持腔体内真空度为1×10-3Pa，通入300sccm氩气保护气流，首先开启铬靶溅射30min形成Cr过渡层，靶功率为5.5kw；之后Cr靶功率逐步减小并开启WC靶，溅射30min得到Cr/WC过渡层；最后WC靶逐步关闭并开启石墨靶，以同样的方式构筑WC/C过渡层。溅射过程中基底偏压为100V，Cr靶与WC靶电压为500V，石墨靶电压为700V。
(4)氢化非晶碳基固体润滑薄膜沉积：同样采用非平衡磁控溅射系统，在过渡层表面沉积氢化非晶碳基固体润滑薄膜，制备过程用到两个石墨靶，靶材纯度＞99.5％(重量)，靶位对称排布。
反应室基底真空度维持1×10-3Pa，切断氩气流，开启石墨靶并引入400sccm乙炔气体，通过溅射石墨靶并同时离化乙炔气体，共沉积5h得到顶层氢化的非晶碳基润滑薄膜。该过程所用靶功率为5.5kw，基底偏压为100V，石墨靶电压为700V。沉积结束后，腔体在保护气氛下冷却至100℃以下，放气至大气压，开腔出炉，最终在不锈钢质轴承表面获得高硬度耐磨的氢化非晶碳基固体润滑薄膜。
利用场发射扫描电子显微镜(S-4800)观测所述镀层的表面及截面形貌。如图1所示，过渡层与表层氢化非晶碳基固体润滑薄膜(a-C:H)分界清晰，薄膜厚度约为2.13um，顶层氢化非晶碳基薄膜厚度为1.21um。硬度由纳米压痕仪(NANO G-200)采用连续刚度法测定，为避免基底的影响保证结果的准确性，选取压入深度为600nm，以Berkovich金刚石压头压入轴承切样固定深度后卸载，获得压入-卸载曲线，计算得到涂层的硬度。测试结果如图2所示，该氢化非晶碳基薄膜硬度为30.3GPa，比现有技术非晶碳膜的硬度明显提高。
采用R-tec多功能摩擦磨损试验机对本发明不锈钢质轴承表面非晶碳基薄膜的摩擦磨损寿命进行评价，摩擦实验采用轴承切样和摩擦配副相互往复滑动方式，滑动频率为2Hz，载荷为10N，环境温度(20±3)℃，选择Φ＝6mm的Si3N4小球(H≈15GPa，E≈300GPa)作为摩擦配副，分别在去离子水环境和海水环境摩擦一个小时，测试结果如图3所示。可以看到，在预设实验条件下，该非晶碳基薄膜未失效，摩擦系数较低，在去离子水中摩擦系数为0.06，在海水环境中摩擦系数为0.05，其中在去离子水环境磨损率为1.60×10-16m3/N.m，在海水环境磨损率为1.52×10-16m3/N.m。在不锈钢质轴承表面沉积的氢化非晶碳基固体润滑薄膜表现出良好的减摩耐磨性能，对基底材料具有有效保护作用。
实施例2本实施例以不锈钢质驱动齿轮为基体，并在该基体上沉积了水润滑环境防腐耐磨涂层(如下简称“镀层”)，其操作步骤包括：
1、利用实施例1步骤(1)工艺对不锈钢质齿轮实施前处理；
2、利用实施例1步骤(2)工艺对不锈钢质齿轮实施刻蚀清洗；
3、利用实施例1步骤(3)工艺对不锈钢质齿轮实施表面梯度过渡层沉积；
4、采用非平衡磁控溅射系统，在上述梯度过渡层表面沉积氢化非晶碳基固体润滑薄膜，所用靶材为2个石墨靶，靶材纯度＞99.5％(重量)，保持反应室基底真空度为1×10- 3Pa，切断氩气流入，向腔室内通入高纯乙炔气体作为反应气体，流量400sccm，该过程所用靶功率为5kw，基底偏压为100V，石墨靶电压为700V。溅射石墨靶并离化乙炔气体，共沉积4h得到表面氢化的非晶碳基固体润滑薄膜。沉积结束后，待温度降至室温后开腔拿出样品。
应用场发射扫描电子显微镜(S-4800)观测薄膜的截面形貌，其如图4所示，可以看到，镀层厚度约为1.83um，顶层氢化非晶碳基薄膜厚度为1.02um。应用MTS-Nano G200纳米压入测试平台，以连续刚度法测定不锈钢基齿轮表面涂层的机械性能，测试结果如图3所示：齿轮表面镀层的硬度约为27.8Gpa。
采用R-tec多功能摩擦磨损试验机对该不锈钢质齿轮表面氢化非晶碳基薄膜在去离子水环境、海水环境下的摩擦磨损寿命进行评估，摩擦实验通过齿轮切样和摩擦配副往复滑动的方式，滑动频率为2hz，载荷为10N，环境温度(22±3)℃，选择Φ＝6mm的316L不锈钢小球(H≈4Gpa，E≈180Gpa)，测试结果如图6所示。可以看到，在两种水溶液环境下镀层均未失效，在去离子水环境和海水环境的摩擦系数分别为0.06，0.08，经计算两种环境磨损率分别为1.52×10-16m3/N.m，1.38×10-16m3/N.m。摩擦系数与磨损率较低，表现出优异的摩擦磨损性能。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水润滑环境耐磨涂层，其特征在于包括依次形成于基体表面的复合梯度过渡层和氢化非晶碳基薄膜层，所述复合梯度过渡层包括在基体表面依次形成的Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于：
所述涂层的厚度为2～2.5μm；
和/或，所述复合梯度过渡层的厚度为1～1.4μm；
和/或，所述Cr过渡层的厚度为0.4～0.6μm；
和/或，所述Cr/WC过渡层的厚度为0.1～0.2μm；
和/或，所述WC/C过渡层的厚度为0.4～0.6μm；
和/或，沿逐渐远离所述基体的方向，所述Cr/WC过渡层中的Cr含量呈降低趋势，WC含量呈升高趋势，而所述WC/C过渡层中的WC含量呈降低趋势，C含量呈升高趋势；
和/或，所述氢化非晶碳基薄膜层是通过溅射石墨靶且同时离化乙炔气体而在所述复合梯度过渡层上沉积形成；
和/或，所述氢化非晶碳基薄膜层内sp3键与sp2键含量比介于1.1～1.3，硬度为25～35GPa，在水环境与摩擦副对的磨摩擦系数小于0.12，磨损率低至10-16m3/N.m；
和/或，所述基体包括不锈钢基体。
3.一种水润滑环境耐磨涂层的制备方法，其特征在于包括：
采用非平衡磁控溅射系统，在经预处理后的基体表面沉积复合梯度过渡层，所述复合梯度过渡层包括在基体表面依次形成的Cr过渡层、Cr/WC过渡层和WC/C过渡层，沿逐渐远离所述基体的方向，所述Cr/WC过渡层中的Cr含量呈降低趋势，WC含量呈升高趋势，而所述WC/C过渡层中的WC含量呈降低趋势，C含量呈升高趋势；
采用非平衡磁控溅射系统，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体而在所述复合梯度过渡层共沉积形成氢化非晶碳基薄膜层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述复合梯度过渡层的沉积过程包括：
第一周期，以Cr靶在所述基体表面溅射形成Cr过渡层；
第二周期，逐渐将Cr靶功率减小至0kw，同时开启WC靶，从而在所述Cr过渡层上沉积形成Cr/WC过渡层；
第三周期，逐步将WC靶功率减小至0kw，同时开启石墨靶，从而在所述Cr/WC过渡层上沉积形成WC/C过渡层。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：
在所述复合梯度过渡层的沉积过程中，采用的基底偏压为100～300V，靶电压为500～700V；
和/或，在所述复合梯度过渡层的沉积过程中，第一周期内采用的靶功率为5～7kw；
和/或，在所述复合梯度过渡层的沉积过程中，每一周期持续30～50min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程包括：采用非平衡磁控溅射系统，以石墨靶为靶材，同时引入乙炔气体氢化表面镀层，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体，共沉积形成所述氢化非晶碳基薄膜层。
7.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于：
在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，采用的基底偏压为100～300V，靶电压为500～700V；
和/或，在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，乙炔气体的流量为300～400sccm；
和/或，在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，采用的靶功率为5～7kw；
和/或，在所述氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，通过同时溅射石墨靶并离化乙炔气体4～6h，从而共沉积形成所述氢化非晶碳基薄膜层。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：对所述基体表面进行清洗后，再将所述基体置入反应腔，并抽真空至(1～3)×10-3Pa，同时将所述基体预热至300～400℃，且通入300～400sccm的高纯氩气流，开启靶材电源激发Ar+，利用等离子体对所述基体表面刻蚀清洗10～15min，其中靶材偏压为500～700V，基体偏压为100～200V，从而完成对所述基体表面的预处理，之后进行所述复合梯度过渡层的沉积。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：在所述复合梯度过渡层和氢化非晶碳基薄膜层的沉积过程中，于反应腔室内设置两个纯Cr靶，两个WC靶和两个石墨靶，相同靶材两两相对设置。
10.一种装置，其特征在于包括：基体，以及，覆盖于所述基体表面的、如权利要求1-2中任一项所述的水润滑环境耐磨涂层；所述基体包括不锈钢质机械运动基础件。
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