CN112626468B - 搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层及制备方法，包括依次附着在搅拌摩擦焊头以外的结合层、过渡层、支撑层和自润滑层，结合层为电弧离子镀方法高能轰击制备的AlCrSiN纳米晶‑非晶层，过渡层为AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶‑非晶陶瓷层，支撑层为AlCrSiCN/CrCN纳米多层，自润滑层为AlCrSiCx/CrCx纳米多层，本发明采用梯度复合涂层技术，从基体表面氮化物开始到最表面的碳化物涂层，形成结构和成分渐变，涂层和基体为冶金结合，具有良好的附着力；将高硬度的AlCrSiCx和CrCx良好的润滑性能的富碳的纳米晶复合类金刚石结构进行复合，可以使碳化物层韧化和耐温性提高，进一步提高其耐磨性和高温热稳定性。

Description

搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层及制备方法
技术领域
本发明涉及一种表面强化技术，尤其涉及一种搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层及制备方法。
背景技术
搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所于1991年发明的。首先在铝合金、镁合金等轻金属结构领域得到应用，近年也有将其应用于熔点较高的材料。搅拌摩擦焊在铝合金上的应用不仅涉及到各种材料的焊接，还研究了大范围的异种铝合金的焊接。搅拌摩擦焊方法与普通的电弧焊或者激光焊接不同，搅拌摩擦焊是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，从而使连接部位的材料温度升高软化并对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。搅拌摩擦焊对设备的要求并不高，最基本的要求是焊头的旋转运动和工件的相对运动，即使一台铣床也可简单地达到小型平板对接焊的要求。
搅拌头是搅拌摩擦焊中极其重要的部件，搅拌头的寿命直接决定了焊接质量的稳定性。揽拌摩擦焊接过程中搅拌头工况比较恶劣，处于高温高压的环境。搅拌头的材料、形状尺寸等的选择都会对搅拌头的寿命以及焊接过程产生影响。搅拌头材料的选择也会通过影响产热和传热等因素进而反过来影响焊接质量。此外搅拌头的材料还可能会影响焊缝的微观组织。
目前搅拌头材料主要有工具钢、热作模具钢H13、聚晶立方氮化硼和硬质合金等。搅拌头和材料之间的摩擦会使铝合金材料黏附到搅拌头表面。如果搅拌头表面的螺纹被铝合金填满，则在焊接过程中经常会导致摩擦力降低，影响焊接过程。为此需要降低搅拌头表面和铝之间的摩擦。传统降低摩擦系数的方式是往摩擦界面上进行润滑剂的添加。但焊接过程中摩擦头表面被铝液紧密包裹，无法进行润滑。为此搅拌头用新型耐高温润滑薄膜材料的开发具有重要价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好的自润滑性能和高耐磨性的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，进一步地提供一种搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层的表面涂层的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，包括依次附着在搅拌摩擦焊头以外的结合层、过渡层、支撑层和自润滑层，所述的结合层为电弧离子镀方法高能轰击制备的AlCrSiN纳米晶-非晶层，过渡层为AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层，支撑层为AlCrSiCN/CrCN纳米多层，自润滑层为AlCrSiCx/CrCx纳米多层。
本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的结合层的AlCrN纳米晶的直径为3-20纳米，所述的结合层的SiNx非晶层的厚度为1-10纳米，所述的结合层的涂层厚度为50-1000纳米。
本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的过渡层的AlCrCN纳米晶的直径为5-25纳米，所述的过渡层的SiCN非晶层的厚度为1-5纳米，所述的过渡层的涂层厚度为500-1500纳米。
本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的支撑层由AlCrSiCN单层和CrCN单层交替形成，所述的AlCrSiCN单层厚为3-15纳米，所述的CrCN单层厚度为5-20纳米，所述的支撑层的调制周期为8-35纳米，所述的支撑层的涂层厚度为200-2000纳米。
本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的自润滑层由AlCrSiCx单层和CrCx单层交替形成，所述的AlCrSiCx单层厚为2-20纳米，所述的CrCx单层厚度为5-25纳米，所述的自润滑层的调制周期为7-45纳米，所述的自润滑层的涂层厚度为200-2000纳米。
本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的SiNx非晶层、AlCrSiCx单层和CrCx单层中的x大于等于1且小于等于3。
本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：总涂层厚度为950-6500纳米。
本发明的另一个保护主题：搅拌摩擦焊头，包括搅拌摩擦焊头基体及权利要求1-7任一所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层附着在所述的搅拌摩擦焊头基体的外表面上。
本发明的另一个保护主题：搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1：在100-300℃，在氩气和氢气环境中，对搅拌摩擦焊头进行等离子刻蚀；
S2：在2-5Pa，50-200V条件下沉积AlCrSiN纳米晶-非晶层；
S3：在1-6Pa，50-200V条件下沉积AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层；
S4：在0.4-1Pa，100-250V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层；
S5：在1.5-4Pa，150-250V条件下沉积AlCrSiCx/CrCx纳米多层；
S6： 制备结束后自然冷却，得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
本发明另一个主题的进一步优选的技术方案为：所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层的制备采用电弧离子镀设备制备，所述的电弧离子镀设备包括由炉壁围成的真空室，所述的真空室内设有工件架，所述的搅拌摩擦焊头安装在所述的工件架上，所述的真空室的一侧设有刻蚀靶，所述的刻蚀靶内侧设有一挡板，以防止刻蚀靶上的材料蒸发到搅拌摩擦焊头上。
与现有技术相比，本发明是综合利用纳米多层膜技术、纳米晶-非晶技术、梯度涂层技术来开发适合于焊接摩擦头表面涂层材料，本发明采用多种材料进行复合，是典型的类金刚石掺杂涂层，同时掺杂的元素是碳化物，相比金属具有更高的硬度。
并且，本发明采用梯度复合涂层技术，从基体表面氮化物开始到最表面的碳化物涂层，形成结构和成分渐变，涂层和基体为冶金结合，具有良好的附着力。
此外，与单层涂层相比，本发明采用多层纳米结构技术充分抑制了柱状晶的生长，可以提高涂层的致密度。
再则，本发明将高硬度的AlCrSiCx和CrCx良好的润滑性能的富碳的纳米晶复合类金刚石结构进行复合，可以使碳化物层韧化和耐温性提高，进一步提高其耐磨性和高温热稳定性。
附图说明
以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域的技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
图1为本发明所采用的电弧离子镀设备的示意图。
图2为本发明的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层的结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。
实施例1：
具体地，如图1所示，在搅拌摩擦焊头基体上制备搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层的设备为电弧离子镀设备，其包括炉体A，炉体A的真空室由三面炉壁6和一面炉门1围成，真空室尺寸为900x900x900 mm。
真空室的中心设置有可旋转的工件架4，搅拌摩擦焊头被安装在工件架4。
真空室的与炉门1相对的一侧炉壁6上设有抽真空口4，抽真空机组通过抽真空口4对真空室进行抽真空。
真空室位于炉门1的一侧设有刻蚀靶7和阳极9，其中刻蚀靶7设置于炉门1的中间，阳极9位于真空室的两个角。刻蚀的时候，刻蚀靶7和阳极9之间产生等离子体。并且，刻蚀靶7的内侧设置有挡板8，从而阻挡材料蒸发到搅拌摩擦焊头上，使涂层沉积速率、硬度、附着力得到较大的提高。
真空室的两边侧设置有电弧靶，每个一组，共二组，分别安装Cr靶2和AlCrSi靶5。
该布局使真空室中等离子体密度大幅度增加，工件完全浸没在等离子体中。由于对靶结构进行了优化，磁场分布更均匀，使电弧在靶面上均匀燃烧，提高了涂层的均匀性。此外，由于对靶结构进行了优化，磁场分布更均匀，使电弧在靶面上均匀燃烧，提高了涂层的均匀性。
将搅拌摩擦焊头放置到如图1所示的设备进行涂层制备作业，具体步骤如下：
步骤一：
在100℃、氩气和氢气环境中，采用高功率密度的弧光放电技术对搅拌摩擦焊头经过等离子刻蚀。
采用了离子刻蚀方法，彻底去除搅拌摩擦焊头表面的氧化物污染，有效提高涂层和基体的结合力。由于纯的氩气在去除有机物时存在一定的难度，本发明中还采用将氢气和氩气作为混合气体进行清洗，彻底去除表面的有机污染物。根据表面污染的不同，清洗时间和清洗电压因为有所不同。
步骤二：
在氩气和氢气环境中，在2Pa，50V条件下开启AlCrSi靶，用电弧离子镀方法高能轰击沉积50纳米厚的AlCrSiN纳米晶-非晶层，此AlCrSiN纳米晶-非晶层是结合层。在本发明中，结合层为采用的是AlCrSiN纳米晶-非晶层而不是金属，这主要是考虑搅拌摩擦头很多时候是渗氮处理或者硬质合金材料，氮化物和其具有良好的附着力。在制备时偏压一般较低，这主要是控制涂层中的应力。
优选地，结合层的AlCrN纳米晶的直径为3纳米，结合层的SiNx非晶层的厚度为1纳米。
步骤三：
在步骤二的基础上通入乙炔，在1Pa，50V条件下沉积500纳米厚AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层。AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层为过渡层。在制备过渡层时，通入乙炔的目的是在涂层中形成氮碳化物，这样给表面碳化物和底部的氮化物之间形成一个成分梯度，可以有效降低涂层间的应力。
利用电弧靶的高离化率离化乙炔，利用靶材料进行掺杂是类金刚石新型涂层的可靠制备方法，在工具和模具表面具有良好的发展前景。
优选地，过渡层的AlCrCN纳米晶的直径为5纳米，SiCN非晶层的厚度为1纳米。
步骤四：
同时开启Cr靶2和AlCrSi靶5，在0.4Pa，100V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层作为支撑层。当搅拌摩擦焊头旋转到Cr靶2前面时形成CrCN单层，当搅拌摩擦焊头旋转到AlCrSi靶5前面时形成AlCrSiCN单层，工件架不停旋转，就会在搅拌摩擦焊头表面逐层形成交替的AlCrSiCN/CrCN纳米多层，以作为支撑层。
优选地，AlCrSiCN单层厚为3纳米，CrCN单层厚度为5纳米，调制周期为8纳米，涂层厚度为200纳米。
步骤五：
在步骤四的基础上，在乙炔过量条件下，在1.5Pa，150V条件下沉积AlCrSiCx-CrCx纳米多层。乙炔过量条件制备表层碳化物主要是利用靶面中毒制备类金刚石涂层。
优选地，AlCrSiCx单层厚为2纳米，CrCx单层厚度为5纳米，调制周期为7纳米，x=1.5，涂层厚度为200纳米；涂层总厚度在控制在950纳米。
本实施例将AlCrSiCx和CrCx复合构建新型超硬自润滑AlCrSiCx-CrCx纳米复合涂层材料主要从如下几个方面考虑：首先，从结构上而言AlTiSiCx和TiCx两者都是富碳的纳米晶复合类金刚石结构，都具有良好的润滑性能。其次，AlCrSiCx和CrCx两者材料成分存在较大的差别，将两者进行纳米多层复合可以大幅度提高涂层的硬度和韧性，从而提高涂层的耐磨性能；再则，AlCrSiCx和CrCx涂层中都存在AlCrSiC纳米晶以及CrC纳米晶镶嵌在碳中，可以起到陶瓷掺杂的效果，大幅度降低涂层的应力；另外由于该涂层具有良好的结构稳定性和低摩擦系数特性，具有良好的应用前景。
步骤六：
制备结束后自然冷却，在搅拌摩擦焊头基体上得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
如图2所示，搅拌摩擦焊头基体100的表面附着有搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层200。该涂层自内向外依次包括结合层201、过渡层202、支撑层203和自润滑层204，结合层201为电弧离子镀方法高能轰击制备的AlCrSiN纳米晶-非晶层，过渡层202为AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层，支撑层203为AlCrSiCN/CrCN纳米多层，自润滑层204为AlCrSiCx/CrCx纳米多层。
综上，本实施例是综合利用纳米多层膜技术、纳米晶-非晶技术、梯度涂层技术来开发适合于搅拌摩擦焊头表面涂层材料。所提供的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层及制备方法具有如下优点：
第一，与常规类金刚石涂层相比，本实施例采用多种材料进行复合，是典型的类金刚石掺杂涂层，同时掺杂的元素是碳化物，相比金属具有更高的硬度；
第二，本实施例充分利用类金刚石涂层纳米多层复合技术，这可以大幅度提高类金刚石涂层的硬度和韧性；
第三，本实施例采用梯度复合涂层技术，从基体表面氮化物开始到最表面的碳化物涂层，形成结构和成分渐变，涂层和基体为冶金结合，具有良好的附着力；
第四，与单层涂层相比，本实施例采用多层纳米结构技术充分抑制了柱状晶的生长，可以提高涂层的致密度；
第五，本实施例将高硬度的AlCrSiCx和CrCx自润滑涂层进行复合，可以使碳化物层韧化和耐温性提高，进一步提高其耐磨性和高温热稳定性；
第六，本实施例采用制备技术与现行涂层设备相近，同时涂层设备结构简单，易于控制，工业应用前景良好；
第七，与传统利用磁控或者多弧将石墨蒸发或者溅射出来形成类金刚石涂层相比，本实施制备的类金刚石涂层中由于掺杂效果好，涂层应力低，可以制备更厚的涂层。
本实施例所制备AlCrSiCx-CrCx纳米多层自润滑层搅拌摩擦头具有良好的结合力和耐磨自润滑性能，保证了搅拌摩擦焊头长期稳定的工作，使搅拌摩擦焊头性能大幅度提高，加工质量稳定，加工效率提高，降低了压铸生产厂家的生产成本。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上，对制备的工艺参数进行调整。在此仅对不同之处进行阐述，相同处不再累述。
步骤一：在300℃、氩气和氢气环境中，对搅拌摩擦焊头进行等离子刻蚀。
步骤二：在5Pa，200V条件下沉积1000纳米厚的AlCrSiN纳米晶-非晶层作为结合层，AlCrN纳米晶的直径为20纳米，SiNx非晶层的厚度为10纳米。
步骤三：在6Pa，200V条件下沉积1500纳米厚的过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层作为过渡层，AlCrCN纳米晶的直径为25纳米，SiCN非晶层的厚度为5纳米。
步骤四：在1Pa，250V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层作为支撑层，AlCrSiCN单层厚为15纳米，CrCN单层厚度为20纳米，调制周期为35纳米，涂层厚度为2000纳米。
步骤五：在4Pa，250V条件下沉积AlCrSiCx-CrCx纳米多层作为自润滑层，AlCrSiCx单层厚为20纳米，CrCx单层厚度为25纳米，调制周期为45纳米，x=2，涂层厚度为2000纳米；涂层总厚度在控制在6500纳米。
步骤六：制备结束后自然冷却，在搅拌摩擦焊头基体上得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
实施例3：
本实施例是在实施例1的基础上，对制备的工艺参数进行调整。在此仅对不同之处进行阐述，相同处不再累述。
步骤一：在200℃、氩气和氢气环境中，对搅拌摩擦焊头进行等离子刻蚀。
步骤二：在3Pa，100V条件下沉积500纳米厚的AlCrSiN纳米晶-非晶层作为结合层，AlCrN纳米晶的直径为10纳米，SiNx非晶层的厚度为5纳米。
步骤三：在3Pa，100V条件下沉积720纳米厚的过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层作为过渡层，AlCrCN纳米晶的直径为15纳米，SiCN非晶层的厚度为3纳米。
步骤四：在0.5Pa，150V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层作为支撑层，AlCrSiCN单层厚为10纳米，CrCN单层厚度为10纳米，调制周期为20纳米，涂层厚度为1000纳米。
步骤五：在3Pa，200V条件下沉积AlCrSiCx-CrCx纳米多层作为自润滑层，AlCrSiCx单层厚为10纳米，CrCx单层厚度为10纳米，调制周期为20纳米，x=2.5，涂层厚度为1000纳米；涂层总厚度在控制在3320纳米。
步骤六：制备结束后自然冷却，在搅拌摩擦焊头基体上得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
实施例4：
本实施例是在实施例1的基础上，对制备的工艺参数进行调整。在此仅对不同之处进行阐述，相同处不再累述。
步骤一：在250℃、氩气和氢气环境中，对搅拌摩擦焊头进行等离子刻蚀。
步骤二：在4Pa，100V条件下沉积800纳米厚的AlCrSiN纳米晶-非晶层作为结合层，AlCrN纳米晶的直径为10纳米，SiNx非晶层的厚度为5纳米。
步骤三：在3Pa，100V条件下沉积1200纳米厚的过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层作为过渡层，AlCrCN纳米晶的直径为10纳米，SiCN非晶层的厚度为4纳米。
步骤四：在0.8Pa，100V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层作为支撑层，AlCrSiCN单层厚为10纳米，CrCN单层厚度为10纳米，调制周期为20纳米，涂层厚度为1000纳米。
步骤五：在3Pa，200V条件下沉积AlCrSiCx-CrCx纳米多层作为自润滑层，AlCrSiCx单层厚为5纳米，CrCx单层厚度为10纳米，调制周期为15纳米，x=1.8，涂层厚度为1400纳米；涂层总厚度在控制在4400纳米。
步骤六：制备结束后自然冷却，在搅拌摩擦焊头基体上得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
实施例5：
本实施例是在实施例1的基础上，对制备的工艺参数进行调整。在此仅对不同之处进行阐述，相同处不再累述。
步骤一：在280℃、氩气和氢气环境中，对搅拌摩擦焊头进行等离子刻蚀。
步骤二：在3Pa，80V条件下沉积900纳米厚的AlCrSiN纳米晶-非晶层作为结合层，AlCrN纳米晶的直径为8纳米，SiNx非晶层的厚度为8纳米。
步骤三：在5Pa，50V条件下沉积1000纳米厚的过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层作为过渡层，AlCrCN纳米晶的直径为15纳米，SiCN非晶层的厚度为4纳米。
步骤四：在0.8Pa，250V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层作为支撑层，AlCrSiCN单层厚为6纳米，CrCN单层厚度为10纳米，调制周期为20纳米，涂层厚度为1300纳米。
步骤五：在2Pa，120V条件下沉积AlCrSiCx-CrCx纳米多层作为自润滑层，AlCrSiCx单层厚为10纳米，CrCx单层厚度为15纳米，调制周期为25纳米，x=2.3，涂层厚度为1400纳米；涂层总厚度在控制在5000纳米。
步骤六：制备结束后自然冷却，在搅拌摩擦焊头基体上得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
实施例6：
本实施例是在实施例1的基础上，对制备的工艺参数进行调整。在此仅对不同之处进行阐述，相同处不再累述。
步骤一：在280℃、氩气和氢气环境中，对搅拌摩擦焊头进行等离子刻蚀。
步骤二：在2Pa，200V条件下沉积700纳米厚的AlCrSiN纳米晶-非晶层作为结合层，AlCrN纳米晶的直径为10纳米，SiNx非晶层的厚度为5纳米。
步骤三：在3Pa，200V条件下沉积800纳米厚的过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层作为过渡层，AlCrCN纳米晶的直径为8纳米，SiCN非晶层的厚度为3纳米。
步骤四：在0.7Pa，150V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层作为支撑层，AlCrSiCN单层厚为4纳米，CrCN单层厚度为16纳米，调制周期为20纳米，涂层厚度为1900纳米。
步骤五：在2Pa，120V条件下沉积AlCrSiCx-CrCx纳米多层作为自润滑层，AlCrSiCx单层厚为6纳米，CrCx单层厚度为12纳米，调制周期为18纳米，x=1.2，涂层厚度为1000纳米；涂层总厚度在控制在4400纳米。
步骤六：制备结束后自然冷却，在搅拌摩擦焊头基体上得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
以上对本发明所提供的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层及制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，其特征在于包括依次附着在搅拌摩擦焊头以外的结合层、过渡层、支撑层和自润滑层，所述的结合层为电弧离子镀方法高能轰击制备的AlCrSiN纳米晶-非晶层，所述的AlCrSiN纳米晶-非晶层包括AlCrN纳米晶和SiNx非晶层，所述的过渡层为AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层，所述的支撑层为AlCrSiCN/CrCN纳米多层，所述的自润滑层为AlCrSiCx/CrCx纳米多层，所述的AlCrSiCx/CrCx纳米多层包括AlCrSiCx单层和CrCx单层，SiNx非晶层、AlCrSiCx单层和CrCx单层中的x大于等于1且小于等于3。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，其特征在于所述的结合层的AlCrN纳米晶的直径为3-20纳米，所述的结合层的SiNx非晶层的厚度为1-10纳米，所述的结合层的涂层厚度为50-1000纳米。
3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，其特征在于所述的过渡层的AlCrCN纳米晶的直径为5-25纳米，所述的过渡层的SiCN非晶层的厚度为1-5纳米，所述的过渡层的涂层厚度为500-1500纳米。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，其特征在于所述的支撑层由AlCrSiCN单层和CrCN单层交替形成，所述的AlCrSiCN单层厚为3-15纳米，所述的CrCN单层厚度为5-20纳米，所述的支撑层的调制周期为8-35纳米，所述的支撑层的涂层厚度为200-2000纳米。
5.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，其特征在于所述的自润滑层由AlCrSiCx单层和CrCx单层交替形成，所述的AlCrSiCx单层厚为2-20纳米，所述的CrCx单层厚度为5-25纳米，所述的自润滑层的调制周期为7-45纳米，所述的自润滑层的涂层厚度为200-2000纳米。
6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，其特征在于总涂层厚度为950-6500纳米。
7.搅拌摩擦焊头，其特征在于包括搅拌摩擦焊头基体及权利要求1-6任一所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层，所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层附着在所述的搅拌摩擦焊头基体的外表面上。
8.搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：在100-300℃，在氩气和氢气环境中，对搅拌摩擦焊头进行等离子刻蚀；
S2：在2-5Pa，50-200V条件下沉积AlCrSiN纳米晶-非晶层；
S3：在1-6Pa，50-200V条件下沉积AlCrSiCN过渡金属氮碳化物纳米晶-非晶陶瓷层；
S4：在0.4-1Pa，100-250V条件下沉积AlCrSiCN/CrCN纳米多层；
S5：在1.5-4Pa，150-250V条件下沉积AlCrSiCx/CrCx纳米多层；
S6： 制备结束后自然冷却，得到搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层。
9.根据权利要求8所述的搅拌摩擦焊头用超硬自润滑纳米复合涂层的制备方法，其特征在于采用电弧离子镀设备制备，所述的电弧离子镀设备包括由炉壁围成的真空室，所述的真空室内设有工件架，所述的搅拌摩擦焊头安装在所述的工件架上，所述的真空室的一侧设有刻蚀靶，所述的刻蚀靶内侧设有一挡板，以防止刻蚀靶上的材料蒸发到搅拌摩擦焊头上。
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