CN108728802B - 多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层及其制备方法 - Google Patents

多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层及其制备方法，涂层的结构为：粘结层、中间过渡层、表面涂层，其中粘结层为金属TiZr，中间过渡层为(Ti、Zr)C，表面涂层为(Ti、Zr)/DLC；其制备方法为采用磁过滤阴极真空弧沉积技术，依次在预处理后的基体表面沉积粘结层、成分梯度变化的中间过渡层和表面涂层；本发明通过多元素共掺杂技术、多层涂层技术和磁过滤阴极真空电弧沉积技术制备的多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层具有低内应力、高硬度、优异的膜基结合强度、耐高温性能及耐摩擦性能，增加了类金刚石涂层的使用寿命，拓宽了其应用领域。

Description

多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于涂层沉积技术领域，特别是涉及一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层及其制备方法。
背景技术
类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)涂层具有高硬度、高弹性模量、低摩擦系数、良好的抗蚀性和化学惰性等优异性能，作为润滑涂层和耐磨材料在航空航天领域具有非常广阔的应用前景。
然而，研究发现类金刚石涂层存在内应力高、耐高温性差的缺点：一方面，DLC膜在生长过程产生的内应力以及膜基不匹配造成的应力，导致DLC膜容易产生裂纹(破裂)，膜基结合力差，限制了DLC涂层的厚度和使用寿命；另一方面，当温度高于400℃以上时DLC涂层结构恶化，摩擦学性能极差；因此，有效地控制或减小DLC涂层中的内应力，提高DLC涂层的耐高温性能和膜基结合力，同时保持DLC涂层优异的机械性能和耐磨损性能是实现DLC涂层在航空航天等领域应用所需解决的关键问题。
目前，为了降低DLC薄膜内应力、提高耐高温性能，元素掺杂和多层涂层技术得到了广泛的应用研究；然而，对于金属元素掺杂DLC涂层的研究是以单一金属元素掺杂为主，这在一定程度能够对DLC涂层的内应力和热稳定性进行改善，但仍不能满足在航空航天等领域特殊环境下的使用需求(抗耐磨、耐高温、耐热蚀等)；因此，本发明主要采用Ti、Zr双金属元素掺杂和多层涂层技术制备出一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，具有优异的膜基结合强度、良好的耐高温性和耐摩擦性，使其能够满足航空航天等领域的使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层及其制备方法，以解决类金刚石涂层内应力高、膜基结合强度低、热稳定性差的问题，克服单一元素掺杂存在的不足，保证类金刚石涂层能够在特殊工况条件下保持良好的耐磨性和使用寿命，满足其实际应用要求。
本发明所采用的技术方案是，一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，该涂层附着在基体上，由里之外包括有粘结层、中间过渡层和表面涂层；
粘结层中Ti原子数百分含量为75～83at.％，Zr的原子数百分含量为17～25at.％；中间过渡层中Ti原子数百分含量为20～25at.％，Zr的原子数百分含量为5～15at.％，C原子数百分含量为65～75at.％；表面涂层中Ti原子数百分含量为2～20at.％，Zr的原子数百分含量为1～10at.％，C原子数百分含量为70～97at.％。
进一步的，粘结层为TiZr，中间过渡层为(Ti，Zr)C，表面涂层为(Ti，Zr)/DLC，基体为纯金属或金属合金基体的任何一种。
进一步的，多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的总厚度为0.5～30μm，优选为2～30μm；
其中粘结层的厚度为0.1～2μm，优选为0.4～2μm；
其中中间过渡层的厚度为0.1～5μm，优选为0.6～5μm；
其中表面涂层的厚度为0.3～23μm，优选为1～23μm。
进一步的，采用真空镀膜技术、多元素共掺杂技术和多层涂层技术来制备多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，其中真空镀膜技术选择物理气相沉积技术(PVD)中的磁过滤阴极真空电弧沉积技术(FCVA)。
进一步的，多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的制备方法，具体步骤如下：
(a)基体的预处理：
采用砂纸和抛光布对基体进行抛光处理至镜面结构，并分别在丙酮和无水乙醇中超声波清洗5～15min，吹干后置于磁过滤阴极真空电弧沉积系统的载物台，正对离子源，调整载物台与离子源的距离为5～40cm；
优选的，调整载物台与离子源的距离为15～40cm；
(b)基体表面的溅射清洗：
采用磁过滤阴极真空电弧沉积技术，以99.9％的钛和锆或钛锆合金任何一种作为靶材，磁过滤阴极真空电弧沉积系统可以采用钛和锆双靶材或钛锆合金靶材工作,对基体表面进行溅射清洗，去掉表面的氧化物；溅射清洗前，保持磁过滤阴极真空电弧沉积系统真空室的压强小于等于4×10-3Pa；溅射清洗时，开启电弧电源，起弧电流为80～110A，弯管磁场电流为4.0～5.0A，占空比为90％，负偏压为-800～-1000V，使钛和锆或钛锆合金靶材空烧，对基体表面进行溅射清洗，时间为1～5min，去除基体表面的氧化物，并形成一层活化层；
优选的：弯管磁场电流为4.0A，负偏压为-900V，溅射时间为1～3min；
(c)沉积粘结层：
调整磁过滤阴极真空电弧沉积系统的弯管磁场电流为3.0～5.0A，占空比为60～90％，负偏压为-50～-400V，在经过溅射清洗的基体表面沉积粘结层TiZr，沉积时间为5～20min；
优选的：弯管磁场电流为4.0A，占空比为80％，负偏压为-150～-300V，沉积时间为5～10min；
(d)沉积中间过渡层：
向磁过滤阴极真空电弧沉积系统的沉积室中通入含碳源的气体作为反应气体，并依次调节气体通入量为5sccm、10sccm、15sccm、20sccm沉积中间过渡层，在每个气体通入量的沉积时间为Xmin、2Xmin、3Xmin、4Xmin，沉积时间呈线性倍增，其中X为第一个气体通入量的沉积时间，X的取值范围为1～5中任意整数，沉积得到成分梯度变化的中间过渡层(Ti，Zr)C；
优选的：X的取值为1、2、3或4；
(e)沉积表面涂层：
调整含碳源的烷烃气体通入量为80～260sccm，调节占空比为10～40％，沉积时间为10～60min，得到表面涂层，最终获得多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层；
进一步的，含碳源的气体包括乙炔、甲烷气体中的任何一种，优选为乙炔气体；
进一步的，磁过滤阴极真空电弧沉积系统采用的弯管管道是60°、90°或180°的任意一种或几种组合，优选为90°弯管管道；
进一步的，制备多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层时，当选用的靶材是99.9％的钛锆合金时，钛锆合金靶材中钛锆的质量比为Ti：Zr＝1:1～5:1。
本发明提供一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层及其制备方法，其优势在于：
(1)本发明采用多元素共掺杂技术，Ti、Zr双金属元素掺杂，降低了DLC涂层的内应力、提高了耐高温性能；
(2)本发明采用多层涂层技术，在基体与Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层之间加入粘结层和中间过渡层，很好的缓解了基体与表面涂层之间硬度、膨胀系数的不匹配性，降低了涂层沉积过程中内应力的聚集，增强了涂层与基体之间的结合强度，并且中间过渡层是成分呈线性梯度变化的(Ti、Zr)C涂层，防止涂层在高温环境中使用时发生剥落和破裂；
(3)本发明采用磁过滤阴极真空电弧沉积技术，环保无污染，操作简单，可以在低温条件下实现快速、大面积、均匀致密地合成涂层，能够满足在航空航天等领域工业化生产和使用；
(4)本发明采用磁过滤阴极真空电弧沉积技术制备Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，可以通过调节靶材和反应气体的通气量，制备钛、锆掺杂含量不同的类金刚石涂层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层制备流程图；
图2为本发明多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层结构示意图；
图3为本发明实施例一Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层截面SEM图；
图4为本发明实施例一Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层XRD图；
图5为本发明实施例一Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层Raman图；
图6为本发明实施例一Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层洛氏压痕图；
图7为本发明实施例一Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层摩擦磨损图；
图8为本发明实施例三Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层厚度测试图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一方面提供一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，该涂层附着在基体上，由里至外包括有粘结层、中间过渡层和表面涂层；
粘结层中Ti原子数百分含量为75～83at.％，Zr的原子数百分含量为17～25at.％；中间过渡层中Ti原子数百分含量为20～25at.％，Zr的原子数百分含量为5～15at.％，C原子数百分含量为65～75at.％；表面涂层中Ti原子数百分含量为2～20at.％，Zr的原子数百分含量为1～10at.％，C原子数百分含量为70～97at.％。
进一步的，其中粘结层为TiZr，中间过渡层为(Ti，Zr)C，表面涂层为(Ti，Zr)/DLC，基体为纯金属或金属合金基体的任何一种。
进一步的，多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的总厚度为0.5～30μm，优选为2～30μm；
其中粘结层的厚度为0.1～2μm，优选为0.4～2μm；
其中中间过渡层的厚度为0.1～5μm，优选为0.6～5μm；
其中表面涂层的厚度为0.3～23μm，优选为1～23μm。
进一步的，本发明采用真空镀膜技术、多元素共掺杂技术和多层涂层技术制备多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，其中真空镀膜技术选择物理气相沉积技术(PVD)中的磁过滤阴极真空电弧沉积技术(FCVA)。
本发明另一方面提供一种多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的制备方法，具体步骤如下：
(a)基体的预处理：
采用砂纸和抛光布对基体进行抛光处理至镜面结构，并分别在丙酮和无水乙醇中超声波清洗5～15min，吹干后置于磁过滤阴极真空电弧沉积系统的载物台，正对离子源，调整载物台与离子源的距离为5～40cm；
优选的，调整载物台与离子源的距离为15～40cm；
(b)基体表面的溅射清洗：
采用磁过滤阴极真空电弧沉积技术，以99.9％的钛和锆或钛锆合金任何一种作为靶材，磁过滤阴极真空电弧沉积系统可以采用钛和锆双靶材或钛锆合金靶材工作，对基体表面进行溅射清洗，去掉表面的氧化物；溅射清洗前，保持磁过滤阴极真空电弧沉积系统真空室的压强小于等于4×10-3Pa；溅射清洗时，开启电弧电源，起弧电流为80～110A，弯管磁场电流为4.0～5.0A，占空比为90％，负偏压为-800～-1000V，使钛和锆或钛锆合金靶材空烧，对基体表面进行溅射清洗，时间为1～5min，去除基体表面的氧化物，并形成一层活化层；
优选的：弯管磁场电流为4.0A，负偏压为-900V，溅射时间为1～3min；
(c)沉积粘结层：
调整磁过滤阴极真空电弧沉积系统的弯管磁场电流为3.0～5.0A，占空比为60～90％，负偏压为-50～-400V，在经过溅射清洗的基体表面沉积粘结层TiZr，沉积时间为5～20min；
优选的：弯管磁场电流为4.0A，占空比为80％，负偏压为-150～-300V，沉积时间为5～10min；
(d)沉积中间过渡层：
向磁过滤阴极真空电弧沉积系统的沉积室中通入含碳源的气体作为反应气体，并依次调节气体通入量为5sccm、10sccm、15sccm、20sccm沉积中间过渡层，在每个气体通入量的沉积时间为Xmin、2Xmin、3Xmin、4Xmin，沉积时间呈线性倍增，其中X为第一个气体通入量的沉积时间，X的取值范围为1～5中任意整数，沉积得到成分梯度变化的中间过渡层(Ti，Zr)C；
优选的：X的取值为1、2、3或4；
(e)沉积表面涂层：
调整含碳源的气体通入量为80～260sccm，调节占空比为10～40％，沉积时间为10～60min，得到表面涂层，最终获得多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层；
进一步的，含碳源的气体包括乙炔、甲烷气体中的任何一种，优选为乙炔气体；
进一步的，磁过滤阴极真空电弧沉积系统采用的弯管管道是60°、90°或180°的任意一种或几种组合，优选为90°弯管管道；
进一步的，制备多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层时，当选用的靶材是99.9％的钛锆合金，钛锆合金靶材中钛锆的质量比为Ti：Zr＝1:1～5:1。
磁过滤阴极真空电弧沉积系统增加了磁过滤装置，宏观的Ti、Zr颗粒不显电性，因此不受磁场作用，而带Ti离子、Zr离子的等离子体在磁场中运动受到洛伦兹力的作用，利用磁场对等离子体的这种作用，可以控制离子的空间分布和运动方向，从而过滤掉Ti、Zr颗粒，获得表面更为光滑致密光滑、低摩擦系数和高强度的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层；此外，磁过滤阴极真空电弧沉积技术无污染、操作简单，并且可以在低温的条件下实现快速制备Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层。
粘结层与中间过渡层起到缓冲的作用，能够缓解表面涂层与基体间硬度、膨胀系数的不匹配性，减小了内应力的聚集，提高了膜基结合强度，使得Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层在高温条件下，不易破裂、脱落；中间过渡层的Ti、Zr、C原子数百分含量大小与乙炔通气量有关，若乙炔通气量保持不变，只改变沉积时间，改变的只是中间过渡层的厚度；表面涂层的性能与Ti、Zr的原子数百分含量有关，随着Ti、Zr原子数百分含量的增大，涂层的摩擦系数先增大后减小，其耐高温性能具有同样的变化规律，在步骤(e)所述乙炔通气量范围内，涂层的摩擦系数较小的同时耐高温性能相对较好。
在沉积中间过渡层时，随着乙炔通气量的增大，中间过渡层中Ti、Zr的原子数百分含量逐渐降低，C原子数百分含量逐渐升高，成分梯度变化的中间过渡层起到释放内应力、增大膜基结合强度的作用；随着沉积时间的线性增大，中间过渡层厚度线性增大，其结合强度和涂层中的残余应力先增大后减小，在步骤(d)所述沉积时间范围内膜基结合强度较好，残余应力较小。
粘结层、中间过渡层和表面涂层厚度的改变不会影响涂层中钛锆原子数百分含量，但会影响Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的使用寿命和膜基结合强度；随着Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层厚度的增加其使用寿命会增长，但是Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的表面状况变差，各层之间的内应力聚集、膜基结合强度变差，容易发生脱落、破裂等现象。
掺杂Zr元素有利于降低类金刚石涂层的内应力，但会导致类金刚石涂层的硬度降低、摩擦系数增大；掺杂Ti元素有利于获得低摩擦系数的类金刚石涂层，但会导致类金刚石涂层的脆性增大；两种元素掺杂能够优势互补，Zr元素的掺入缓解了Ti元素掺杂造成的类金刚石涂层脆性增大；Ti元素的掺杂不仅能够提高Zr元素掺入降低的类金刚石涂层机械性能，而且能够抑制Zr元素掺入后类金刚石涂层柱状晶生长的方式，细化晶粒，提高涂层的致密性、均匀性和耐高温性能；从能带填充理论上来说，Ti、Zr元素的价电子浓度都为4，费米能级恰在准能隙中间，可以填充所有价态及最少的反键态，将其掺入类金刚石涂层，易于与C元素形成热力学最为稳定的TiC、ZrC纳米晶颗粒；TiC、ZrC纳米晶颗粒嵌入类金刚石涂层网状结构的非晶碳基质中，TiC、ZrC纳米晶颗粒的NaCl晶形(111)面相邻的金属原子与C原子靠最强键连接，滑移时必须破坏最强健，使得类金刚石涂层具有超高硬度及高熔点特性；TiC、ZrC以第二增强相和固溶体强化的形式分散在类金刚石涂层中，使类金刚石涂层适用于高温氧化环境；本发明采用FCVA制备Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的过程中，发现随着Ti、Zr元素的掺入，在涂层中有TixZryCz物质的生成，TixZryCz作为一种新型陶瓷材料，具有高强度耐高温的性能，进一步保证了类金刚石涂层在高温环境的使用。
本发明实施例的制备主要采用的基体为不锈钢，但本发明不限于不锈钢基体，结合具体的实施例对本发明的制备工艺进行详细介绍。
实施例一
(a)采用磁过滤阴极真空电弧沉积系统，开始镀膜前保持真空室压强小于等于4×10-3Pa，以钛锆合金(Ti：Zr＝3:1)为靶材，关闭气流，开启弧电源，调节起弧电流为90A，弯管磁场电流为4.0A，负偏压为-900V，占空比为90％，对基体表面进行溅射清洗2min；
(b)在步骤(a)的基础上，调节负偏压为-300V，占空比为80％，在清洗后的基体表面沉积粘结层TiZr，沉积时间为5min；
(c)在步骤(b)的基础上，向真空室中通入乙炔气体，并调节气体通入量依次为5sccm、10sccm、15sccm、20sccm沉积中间过渡层，在每个气体通入量的沉积时间为Xmin、2Xmin、3Xmin、4Xmin，X的取值为1，在粘结层上沉积成分呈梯度变化的中间过渡层(Ti、Zr)C；
(d)在步骤(c)的基础上，调节乙炔通入量为80sccm，占空比为20％，沉积时间为10min，沉积得到表面涂层；
最终获得如图3所示涂层，由图3可知本实施例制得的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层粘结层TiZr的厚度为0.4μm,中间过渡层(Ti、Zr)C的厚度为0.6μm，表面涂层(Ti，Zr)/DLC的厚度为1.12μm，该Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层中表面涂层Ti原子数百分含量为4.53at.％，Zr原子数百分含量为2.44at.％。
图3表明本实施例所制备的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层截面形貌结构与所设计的涂层结构是一致的，并且涂层与基体之间的结合力良好，通过台阶仪测得涂层厚度为2.12μm；由图4的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的XRD图可知其表面成分含有TixZryCz，TixZryCz作为一种新型陶瓷材料，具有高强度、耐高温的性能，进一步提高了Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的耐高温性能，使得Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层在500℃的高温条件下仍然能正常使用，涂层没有明显的脱落、破裂等破坏；图5表明本实施例所制备的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层存在位于1360cm-1的D峰和1580cm-1的G峰，其双肩峰结构是典型的类金刚石结构，所以该涂层的硬度很高；图6表明本实施例所制备的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层经洛氏压痕实验，其洛坑边缘部分的形貌无明显的裂纹和剥落情况，与标准的洛氏压痕形貌图进行对比，其涂层与基体之间的结合力达到了最高的HF1，表明其结合强度非常优异；由图7可知，本实施例所制备的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层在500℃下涂层摩擦曲线平整，具有良好的摩擦磨损性能，摩擦系数为0.18左右，说明涂层具有良好的耐高温性能。
实施例二
本实施例中所有的实验参数和实验步骤与实施例一完全相同，仅需将实施例一中钛锆合金靶材的Ti：Zr＝3:1，改为Ti：Zr＝4:1/5:1的钛锆合金靶材，获得多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层。
当钛锆合金靶材Ti：Zr＝4:1时，对制得的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层进行测试，得知其粘结层TiZr的厚度为0.4μm，中间过渡层(Ti、Zr)C的厚度为0.6μm，表面涂层Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的厚度为1.1μm；其表面涂层Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层中Ti的含量为5.53at.％，Zr的含量为1.69at.％。
当钛锆合金靶材Ti：Zr＝5:1时，对制得的Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层进行测试，可知其粘结层TiZr的厚度为0.45μm，中间过渡层(Ti、Zr)C的厚度为0.6μm，表面涂层Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的厚度为1.3μm；其表面涂层Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层中Ti的含量为7.21at.％，Zr的含量为1.36at.％。
实施例三
基于实施例一的实验参数设置，将步骤(d)沉积中间过渡层中的X取值调节为1、2、3、4，在步骤(e)沉积表面涂层中，沉积时间调节为30min，调节占空比为10％、20％、30％、40％，基体负偏压调节为-50V、-100V、-200V、-300V，乙炔通入量调节为80sccm、120sccm、160sccm、200sccm，弯管磁场电流调节为2.0A、3.0A、4.0A、5.0A，如表1所示为五因素四水平正交优化实验设计表，通过正交实验，可知影响Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层厚度的工艺参数为乙炔通入量和沉积中间过渡层时第一个气体通入量的沉积时间。
表1Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层五因素四水平正交实验
Figure GDA0002435681990000091
Figure GDA0002435681990000101
图8所示为利用台阶仪对本实验例的多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层厚度表征，由图可知多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的厚度为5～10μm。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，其特征在于，该涂层附着在基体上，由里至外包括有粘结层、中间过渡层和表面涂层；
所述粘结层为TiZr，粘结层中Ti原子数百分含量为75～83at.％，Zr的原子数百分含量为17～25at.％，粘结层的厚度为0.1～2μm；
所述中间过渡层为(Ti，Zr)C，中间过渡层中Ti原子数百分含量为20～25at.％，Zr的原子数百分含量为5～15at.％，C原子数百分含量为65～75at.％，中间过渡层的厚度为0.1～5μm；
所述表面涂层为(Ti，Zr)/DLC，表面涂层中Ti原子数百分含量为2～20at.％，Zr的原子数百分含量为1～10at.％，C原子数百分含量为70～97at.％，表面涂层的厚度为0.3～23μm；
所述多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的总厚度为0.5～30μm；
所述基体为纯金属或金属合金基体的任何一种。
2.根据权利要求1所述多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，其特征在于，采用真空镀膜技术、多元素共掺杂技术和多层涂层技术制备多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层，其中真空镀膜技术选择物理气相沉淀技术(PVD)中的磁过滤阴极真空电弧沉积技术(FCVA)。
3.如权利要求1-2任何一项所述多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(a)基体的预处理：
采用砂纸和抛光布对基体进行抛光处理至镜面结构，并分别在丙酮和无水乙醇中超声波清洗5～15min，吹干后置于磁过滤阴极真空电弧沉积系统的载物台，正对离子源，调整载物台与离子源的距离为5～40cm；
(b)基体表面的溅射清洗：
采用磁过滤阴极真空电弧沉积技术，以99.9％的钛和锆或钛锆合金任何一种作为靶材，磁过滤阴极真空电弧沉积系统可以采用钛和锆双靶材或钛锆合金靶材工作，对基体表面进行溅射清洗，去掉表面的氧化物；溅射清洗前，保持磁过滤阴极真空电弧沉积系统真空室的压强小于等于4×10-3Pa；溅射清洗时，开启电弧电源，起弧电流为80～110A，弯管磁场电流为4.0～5.0A，占空比为90％，负偏压为-800～-1000V，使钛和锆或钛锆合金任何一种靶材空烧，对基体表面进行溅射清洗，时间为1～5min，去除基体表面的氧化物，并形成一层活化层；
(c)沉积粘结层：
调整磁过滤阴极真空电弧沉积系统的弯管磁场电流为3.0～5.0A，占空比为60～90％，负偏压为-50～-400V，在经过溅射清洗的基体表面沉积粘结层TiZr，沉积时间为5～20min；
(d)沉积中间过渡层：
向磁过滤阴极真空电弧沉积系统的沉积室中通入含碳源的气体作为反应气体，并依次调节气体通入量为5sccm、10sccm、15sccm、20sccm沉积中间过渡层，在每个气体通入量的沉积时间为Xmin、2Xmin、3Xmin、4Xmin，沉积时间呈线性倍增，其中X为第一个气体通入量的沉积时间，X的取值范围为1～5中任意整数，沉积得到成分梯度变化的中间过渡层(Ti，Zr)C；
(e)沉积表面涂层：
调整含碳源的气体通入量为80～260sccm，调节占空比为10～40％，沉积时间为10～60min，得到表面涂层，最终获得多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层。
4.根据权利要求3所述多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的制备方法，其特征在于，含碳源的气体包括乙炔、甲烷气体中的任何一种。
5.根据权利要求3所述多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的制备方法，其特征在于，磁过滤阴极真空电弧沉积系统采用的弯管管道是60°、90°或180°的任意一种或几种组合。
6.根据权利要求3所述多层耐高温Ti/Zr共掺杂类金刚石涂层的制备方法，其特征在于，当选用的靶材是99.9％的钛锆合金时，靶材中钛锆的质量比为Ti：Zr＝1:1～5:1。
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