CN115058683A - 一种提高医用金属表面类金刚石涂层膜基结合强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高医用金属表面类金刚石涂层膜基结合强度的方法，该方法包括以下步骤：利用紫外纳秒激光在预处理后的基体表面加工形成织构形貌；将石墨粉与粘结剂混合制备的碳糊涂覆在具有织构形貌的基体表面，在激光作用下进行渗碳处理；以碳化钨为溅射靶材，在基体表面沉积碳化钨涂层。本发明通过微织构/渗碳化复合加工技术在金属表面制备类金刚石涂层，利用织构结构增加了涂层和基体之间的接触面积以提高涂层的附着力，将碳原子渗入到基体表面形成功能梯度层，使基体表面获得与涂层相匹配的物理化学性能，提高了涂层与基体之间的物理化学吸附作用，在上述物理结合和化学键合的协同作用下，极大地提高了基底与涂层间的结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及表面涂层加工技术领域，具体涉及一种提高医用金属表面类金刚石涂层膜基结合强度的方法。
背景技术
钛合金、不锈钢等医用金属材料，因其优异的生物惰性、高强度、良好的韧性，一直作为生物医学材料的首选之一。但这些医用金属材料在长期使用过程中存在耐磨性差的问题，且关节摩擦过程中产生的磨损颗粒可能导致骨溶解和植入物排斥，这使得提高医用金属材料的机械性能和摩擦磨损性能成为医疗工程领域的研究热点。
类金刚石(DLC)涂层，由于具有良好的生物相容性、耐磨性、改善金属磨屑的不良生物反应等优点，被广泛应用于医疗工程领域。然而，将DLC涂层应用于医用金属材料上时，由于二者之间的机械和热性能不匹配，DLC涂层沉积在医用金属基体上时容易剥离，严重限制了DLC涂层在生物医学移植材料中的应用。因此，为了更好的与DLC涂层结合，基体材料须同时具有较高粗糙度、高润湿性、高硬度及弹性模量等物理性能，还要兼具与涂层相匹配的化学性能与机械性能，以提高涂层膜基结合强度。
目前，主要通过涂层材料改性、调整涂层制备工艺、引入中间过渡层及基体预处理等方法来提高涂层与基体材料之间的结合强度，用以解决涂层剥离问题。但能有效改善涂层材料性能的元素价格昂贵，不便于大范围应用；当前阶段的涂层制备工艺已广泛应用于制造业，不便于普遍更新换代；此外，传统的基体预处理方法，如喷砂处理、渗氮处理等，存在喷砂处理不均匀、渗氮处理形成渗氮层深度浅且环境保护措施不足和制备重复性差等缺点。因此，亟需一种新型基体预处理手段以提高涂层膜基结合强度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高医用金属表面类金刚石涂层膜基结合强度的方法，通过织构化技术与渗碳技术相结合，利用物理结合与化学键合的协同作用，改变基体材料的力学性能和DLC涂层的功能梯度性，极大地提高了DLC涂层与基体之间的膜基结合强度。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明第一方面提供了一种提高医用金属表面类金刚石涂层膜基结合强度的方法，包括以下步骤：
(1)对基体表面进行预处理，得到表面光滑的基体；
(2)利用紫外纳秒激光在预处理后的基体表面加工形成织构形貌；
(3)将石墨粉与粘结剂混合制备碳糊，然后涂覆在具有织构形貌的基体表面，保温处理后在激光作用下进行渗碳处理，在基底表面形成碳层；
(4)以碳化钨为溅射靶材，利用脉冲磁控溅射技术在步骤(3)处理后的基体表面沉积碳化钨涂层。
进一步地，步骤(1)中，所述基体包含Ti6Al4V、304不锈钢。
进一步地，步骤(1)中，所述预处理具体为：分别用200#、800#、1000#、1500#砂纸对基体表面进行研磨，然后采用天然纤维抛光布与W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在有机溶剂中超声清洗20～40min。
进一步地，步骤(2)中，通过物镜将紫外纳秒激光聚焦至预处理后的基体表面，设定激光加工器的扫描工艺路径和激光加工参数：激光脉冲功率为4～10W，频率为200～300KHz，脉冲宽度为10～15ns，扫描速度为20～100mm/s，在基体表面加工形成具有凹坑结构的织构形貌。
进一步地，上述凹坑结构的深度为10～30μm、直径为60～150μm，所述凹坑间的间距125～198μm。
进一步地，步骤(3)中，所述碳糊中石墨粉与粘结剂的质量比为8～10:1，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯或聚乙烯醇。碳糊中粘结剂的含量若过低，不易在基体表面均匀涂覆同时在基体表面易脱落；若石墨粉含量过低，则激光渗碳后的碳层致密性差，起到的作用效果有限，因此需控制碳糊中石墨粉与粘结剂的质量比，例如8～10:1。
进一步地，步骤(3)中，向碳糊中加入1-甲基-2-吡咯烷酮调节碳糊粘度，然后利用丝网印刷机在具有织构形貌的基体表面涂覆厚度为1～2mm的碳糊层；每100g碳糊中加入5～15g的1-甲基-2-吡咯烷酮。
通过加入适量的溶剂来调节碳糊的粘度，使碳糊易于在基体表面均匀涂覆，同时避免粘度过高导致渗碳处理后基体表面的碳糊不易清洗；此外，需控制碳糊在基体表面涂覆的厚度，若碳糊层过厚，渗碳处理过程中需较大功率的激光，容易对试样表面产生烧蚀影响，但若碳糊层太薄，渗碳处理后的碳层过薄，影响其作用效果。
进一步地，步骤(3)中，所述保温处理的温度为90～100℃，时长为1～3h。
进一步地，步骤(3)中，渗碳处理具体操作为：将保温处理后的基体放置在激光器工作台上，在隔绝氧气的条件下，进行5～10次扫描，然后将基体材料置于有机溶剂中超声波清洗去除基底表面的碳糊，在表面形成1～2μm的碳层；所述激光器的工作参数为：激光脉冲功率为4～20W，频率为200～400KHz，脉冲宽度为8～13ns，扫描速度为800～1000mm/s。
进一步地，步骤(4)中，溅射过程中脉冲电压为-2000～-500V，溅射的时间为6～10h。
进一步地，所述碳化钨涂层的厚度为1～3μm。
通过控制溅射的时间来调控表面沉积的碳化钨涂层的厚度，涂层过薄，在使用过程中易发生磨损，则无法起到保护基体材料的目的，而涂层过厚则会导致涂层不易附着于基体表面，结合强度低，从而容易涂层发生剥落的现象，因此，需将涂层厚度控制在合适的范围内，例如1～3μm。
本发明的有益效果在于：
1.本发明采用微织构/渗碳化复合加工技术用以提高医用金属表面类金刚石涂层膜基结合强度，通过在基体表面加工形成微织构形貌，增大了基体沉积表面的比表面积，从而有利于基体表面DLC涂层颗粒数量的增加，进而提高膜基间机械嵌接作用；另外，在织构化基体表面进行渗碳处理形成功能过渡层碳层，使基体表面获得与涂层相匹配的物理化学性能，提高了涂层与基体之间的物理化学吸附作用，同时降低了涂层剥落的风险；此外，本发明在织构化基体表面进行渗碳、涂层处理，由于织构结构提供较高的压应力和表面活性，能够有效抑制涂层的界面分层和剥落，从而增强涂层的附着力，且均匀的分布在织构内部的碳层及涂层不易脱落，可减缓基体的磨损。本发明上述通过微织构/渗碳化复合加工技术，能够同时改善涂层膜基间物理结合以及化学键合界面，从而有效提高涂层与基体之间的结合强度。
2.本发明在基体表面引入的微米几何结构可有效增强层间结合强度，减小涂层内应力；在基体与涂层之间形成过渡层，能够降低DLC涂层与基体之间的化学不匹配性，使得沉积过程中DLC涂层具备更小的残余应力。
3.本发明通过微织构/渗碳化复合加工技术对Ti6Al4V合金及304不锈钢两种不同的金属材料表面进行涂覆处理，其中向Ti6Al4V基体上注入碳原子作为功能梯度材料中间层，通过形成TiC相使基体与涂层间的结合强度得到提升；而对304不锈钢进行渗碳处理，注入的碳原子会提高渗碳层中碳的过饱和度，并形成γc相结构，通过诱导奥氏体晶格发生畸变，使得基体的硬度和耐磨性得到提高，在上述两种金属材料表面制备的DLC涂层的结合强度均高于12N，与仅采用微织构加工技术处理的涂层相比，其结合强度有明显提升。
附图说明
图1为采用微织构/渗碳化复合加工技术在基体表面制备类金刚石涂层的流程图；
图2为采用紫外纳秒激光在Ti6Al4V基体表面加工的不同间距的微织构形貌图，(a)-1的凹坑间距为125μm、(b)-1的凹坑间距为140μm、(c)-1的凹坑间距为162μm、(d)-1的凹坑间距为198μm；
图3为在不同表面处理后的Ti6Al4V合金上沉积DLC涂层的表面SEM显微照片，图(a)-1/2：仅机械抛光、图(b)-1/2：仅织构化处理、(c)-1/2：仅渗碳处理、(d)-1/2：微织构/渗碳化复合处理；
图4为在不同表面处理后的Ti6Al4V合金上沉积DLC涂层的三维图像，图(a)：仅机械抛光、图(b)：仅织构化处理、(c)：仅渗碳处理、(d)：微织构/渗碳化复合处理；
图5为在不同表面处理后的Ti6Al4V合金上沉积DLC涂层的表面轮廓，图(a)：仅机械抛光、图(b)：仅织构化处理、(c)：仅渗碳处理、(d)：微织构/渗碳化复合处理。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本实施例采用微织构/渗碳化复合加工技术在基体表面制备类金刚石涂层，其中基体材料为Ti6Al4V合金，具体的制备工艺步骤如下：
(1)基体的预处理：将基体放置于自动金相磨样机上，随后分别用200#、800#、1000#、1500#砂纸进行研磨，然后采用天然纤维抛光布配W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在丙酮中超声清洗30min，进行表面清洁处理；
(2)制备织构化基体：将基体放置在高精度三维移动平台上，利用数值孔径为0.8的物镜(放大倍数为80倍)将355nm波长的紫外纳秒激光聚焦到Ti6Al4V表面，纳秒激光束保持固定，调节激光脉冲功率为4W，频率为250KHz，脉冲宽度为13ns，扫描速度为20mm/s，扫描一遍，在基体材料表面诱导出深度10μm，直径100μm，凹坑间距为162μm的微米凹坑结构，最后将其置于丙酮中进行超声波清洗15min，使其表面整洁；
(3)碳层的制备：把上述制备的织构化基体置于工作台上，将石墨粉(6000#)和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)以9:1的比例混合制成特定的碳糊，并用1-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂来控制碳糊的粘度，使用丝网印刷机将碳糊涂覆在Ti6Al4V基体表面，并将其送进保温箱在90℃下保温两个小时；随后将试样置于高精度三维移动平台上，将355nm波长的激光聚焦到基体表面，调节激光脉冲功率为10W，频率为250KHz，脉冲宽度为13ns，扫描速度为1000mm/s，扫描十次，对织构化基体进行渗碳处理，制备出作为基体与涂层之间过渡层的碳层；
(4)DLC涂层的制备：利用商用闭场反应脉冲磁控溅射技术在经过步骤(3)处理的基体表面制备DLC涂层，将微织构/渗碳化复合处理的样品依次在丙酮和无水乙醇中分别超声波清洗30min，然后用氮气进行干燥并将其放置在脉冲磁控溅射设备的旋转夹具上，在衬底偏置脉冲电压为-1000V和沉积时间为8.5小时的条件下使用两个WC靶材制备DLC涂层。
在制备织构化基体过程中，通过调控激光工艺参数可调控凹坑间距(如图2所示)，激光织构化处理后的基体表面依旧较为光滑，在凹坑的区域中可以观察到岛状区域，这是显著的激光热效应。凹坑形貌的形成表明激光能量大于Ti6Al4V合金材料的熔点，基体表面发生液化及汽化过程。在基体表面的Ti6Al4V合金材料在激光的作用下处于熔融状态，在蒸发反冲压力的作用下，处于熔融状态的材料发生了运动，熔融液滴由于未及时溅出在微凹坑形貌内部的再结晶形成的这种岛状结构。
实施例2
本实施例采用微织构/渗碳化复合加工技术在基体表面制备类金刚石涂层，其中基体材料为SUS304不锈钢，具体的制备工艺步骤如下：
(1)基体的预处理：将基体表面放置于自动金相磨样机上，用规格为W 3.5的碳化硼研磨粉与水混合后分别置于200#、800#、1000#、1500#、2000#砂纸上进行研磨，然后采用天然纤维抛光布配W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在丙酮中超声清洗20min，进行表面清洁处理；
(2)制备织构化基体：将基体放置在高精度三维移动平台上，利用数值孔径为0.8的物镜(放大倍数为80倍)将355nm波长的紫外纳秒激光聚焦到基体表面，纳秒激光束保持固定，调节激光脉冲功率为6W，频率为300KHz，脉冲宽度为10ns，扫描速度为80mm/s，扫描一遍，在基体材料表面诱导出深度15μm，直径90μm，间距198μm的微米凹坑结构，最后将其置于丙酮中进行超声波清洗15min，使其表面整洁；
(3)碳层的制备：把上述制备的织构化基体置于工作台上，将石墨粉(6000#)和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)以9:1的比例混合制成特定的碳糊，并用1-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂来控制碳糊的粘度，使用丝网印刷机将碳糊涂覆在不锈钢基体表面，并将其送进保温箱在90℃下保温两个小时；随后将试样置于高精度三维移动平台上，将355nm波长的激光聚焦到基体表面，调节激光脉冲功率为15W，频率为300KHz，脉冲宽度为10ns，扫描速度为800mm/s，扫描十次，对织构化基体进行渗碳处理，制备出作为基体与涂层之间过渡层的碳层；
(4)DLC涂层的制备：利用商用闭场反应脉冲磁控溅射技术在经过步骤(3)处理的基体表面制备DLC涂层，将微织构/渗碳化复合处理的样品依次在丙酮和无水乙醇中分别超声波清洗20min，然后用氮气进行干燥并将其放置在脉冲磁控溅射设备的旋转夹具上，随后在衬底偏置脉冲电压为-600V和沉积时间为7.5小时的条件下使用两个WC靶材制备DLC涂层。
对比例1
本对比例在机械抛光处理的基体表面制备类金刚石涂层，其中基体材料为Ti6Al4V合金，具体的制备工艺步骤如下：
(1)基体的预处理：将基体放置于自动金相磨样机上，随后分别用200#、800#、1000#、1500#砂纸进行研磨，然后采用天然纤维抛光布配W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在丙酮中超声清洗30min，进行表面清洁处理；
(2)DLC涂层的制备：利用商用闭场反应脉冲磁控溅射技术在与处理的基体表面制备DLC涂层，将样品依次在丙酮和无水乙醇中分别超声波清洗30min，然后用氮气进行干燥并将其放置在脉冲磁控溅射设备的旋转夹具上，在Ti6Al4V基体表面与DLC涂层之间形成扩散界面；随后在衬底偏置脉冲电压为-1000V和沉积时间为8.5小时的条件下使用两个WC靶材制备DLC涂层。
对比例2
本对比例采用微织构加工技术在基体表面制备类金刚石涂层，其中基体材料为Ti6Al4V合金，具体的制备工艺步骤如下：
(1)基体的预处理：将基体放置于自动金相磨样机上，随后分别用200#、800#、1000#、1500#砂纸进行研磨，然后采用天然纤维抛光布配W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在丙酮中超声清洗30min，进行表面清洁处理；
(2)制备织构化基体：将基体放置在高精度三维移动平台上，利用数值孔径为0.8的物镜(放大倍数为80倍)将355nm波长的紫外纳秒激光聚焦到Ti6Al4V表面，纳秒激光束保持固定，调节激光脉冲功率为4W，频率为250KHz，脉冲宽度为13ns，扫描速度为20mm/s，扫描一遍，在基体材料表面诱导出深度10μm，直径100μm，间距162μm的微米凹坑结构，最后将其置于丙酮中进行超声波清洗15min，使其表面整洁；
(3)DLC涂层的制备：利用商用闭场反应脉冲磁控溅射技术在经过步骤(2)处理的基体表面制备DLC涂层，将微织构处理后的样品依次在丙酮和无水乙醇中分别超声波清洗30min，然后用氮气进行干燥并将其放置在脉冲磁控溅射设备的旋转夹具上，在衬底偏置脉冲电压为-1000V和沉积时间为8.5小时的条件下使用两个WC靶材制备DLC涂层。
对比例3
本对比例采用渗碳化加工技术在基体表面制备类金刚石涂层，其中基体材料为Ti6Al4V合金，具体的制备工艺步骤如下：
(1)基体的预处理：将基体放置于自动金相磨样机上，随后分别用200#、800#、1000#、1500#砂纸进行研磨，然后采用天然纤维抛光布配W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在丙酮中超声清洗30min，进行表面清洁处理；
(2)碳层的制备：把上述预处理后的基体置于工作台上，将石墨粉(6000#)和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)以9:1的比例混合制成特定的碳糊，并用1-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂来控制碳糊的粘度，使用丝网印刷机将碳糊涂覆在Ti6Al4V基体表面，并将其送进保温箱在90℃下保温两个小时；随后将试样置于高精度三维移动平台上，将355nm波长的激光聚焦到基体表面，调节激光脉冲功率为10W，频率为250KHz，脉冲宽度为13ns，扫描速度为1000mm/s，扫描十次，对预处理的基体进行渗碳处理，制备出作为基体与涂层之间过渡层的碳层；
(3)DLC涂层的制备：利用商用闭场反应脉冲磁控溅射技术在经过步骤(2)处理的基体表面制备DLC涂层，将渗碳化处理的样品依次在丙酮和无水乙醇中分别超声波清洗30min，然后用氮气进行干燥并将其放置在脉冲磁控溅射设备的旋转夹具上，在衬底偏置脉冲电压为-1000V和沉积时间为8.5小时的条件下使用两个WC靶材制备DLC涂层。
对比例4
本对比例采用微织构加工技术在基体表面制备类金刚石涂层，其中基体材料为SUS304不锈钢，具体的制备工艺步骤如下：
(1)基体的预处理：将基体表面放置于自动金相磨样机上，用规格为W 3.5的碳化硼研磨粉与水混合后分别置于200#、800#、1000#、1500#、2000#砂纸上进行研磨，然后采用天然纤维抛光布配W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在丙酮中超声清洗20min，进行表面清洁处理；
(2)制备织构化基体：将基体放置在高精度三维移动平台上，利用数值孔径为0.8的物镜(放大倍数为80倍)将355nm波长的紫外纳秒激光聚焦到基体表面，纳秒激光束保持固定，调节激光脉冲功率为6W，频率为300KHz，脉冲宽度为10ns，扫描速度为80mm/s，扫描一遍，在基体材料表面诱导出深度15μm，直径90μm，间距198μm的微米凹坑结构，最后将其置于丙酮中进行超声波清洗15min，使其表面整洁；
(3)DLC涂层的制备：利用商用闭场反应脉冲磁控溅射技术在经过步骤(2)处理的基体表面制备DLC涂层，将微织构处理的样品依次在丙酮和无水乙醇中分别超声波清洗20min，然后用氮气进行干燥并将其放置在脉冲磁控溅射设备的旋转夹具上，在衬底偏置脉冲电压为-600V和沉积时间为7.5小时的条件下使用两个WC靶材制备DLC涂层。
性能研究及测试
1.在不同表面处理后的基体上制备DLC涂层的形貌差异
研究沉积在不同表面处理后的Ti6Al4V合金上的DLC涂层的表面形貌、三维图像以及表面轮廓的差异，结果如图3所示：
图3(a)-1及3(a)-2为在仅机械抛光表面沉积DLC薄膜的形貌图，表面相对光滑，但仍存在凹坑和结节缺陷。
图3(b)-1及3(b)-2为在织构化表面沉积DLC薄膜的形貌图，可以观察到三角形截面形状的微凹坑，在低倍显微照片3(b)-1中，仅织构化涂层出现明显的团聚现象。在高倍显微照片3(b)-2中，可以观察到DLC涂层呈现块状堆积和块体之间的连接现象。这是由于在激光织构化过程中，由于液滴的溅射，基体的表面粗糙度增加，从而增加了DLC涂层与Ti6Al4V基体材料之间的接触面积。
图3(c)-1及3(c)-2为在仅渗碳化处理的表面沉积DLC薄膜的形貌图，在低倍显微照片3(c)-1中，可以发现涂层表面在渗碳过程中仍保留了激光烧蚀痕迹。而在高倍显微照片3(c)-2中，可以观察到DLC涂层由不同大小和形状的小球组成，形成的Ti/TiC/DLC结构增加了Ti6Al4V基体材料的稳定性。
图3(d)-1及3(d)-2为在微织构/渗碳化复合处理的表面沉积DLC薄膜的形貌图，渗碳处理后DLC涂层的晶粒减少，沉积在微织构/渗碳化复合处理表面的DLC涂层比沉积在其他表面处理的DLC涂层更加均匀致密，且渗碳层还抑制了大部分DLC涂层中的晶粒边界迁移，防止晶粒粗化并赋予更高的热稳定性。
图4(a)～4(d)分别对应在仅机械抛光表面、织构化表面、渗碳化处理的表面以及微织构/渗碳化复合处理的表面沉积DLC涂层的三维图像，相对应的表面轮廓各位置的高度情况如图5(a)～5(d)所示。
2.涂层结合力测试
对上述实施例及对比例制备的样品进行划痕实验，测试涂层结合力，具体的操作如下：将样品放置于显微硬度划痕仪的工作台上，采用100μm直径的金刚石压头，具体测试参数如下：最大法向载荷30N，初始正常载荷50mN，划痕长度1mm，划痕速度为0.5mm/min。测试结果如下表1所示：
表1不同实施例及对比例制备的样品的涂层结合强度
| 样品 | DLC涂层厚度(μm) | 涂层结合强度(N) |
| 实施例1 | 1.5 | 12.25 |
| 对比例1 | 1.5 | 5.5 |
| 对比例2 | 1.5 | 8.72 |
| 对比例3 | 1.5 | 9.18 |
| 实施例2 | 1.2 | 12.05 |
| 对比例4 | 1.2 | 7.25 |
由表1中的数据可知，采用微织构/渗碳化复合加工技术在基体表面制备类金刚石涂层，其涂层结合力均高于采用单一微织构技术处理的样品，结合力提升40％～65％，而直接在机械抛光基体表面制备DLC涂层，其结合力仅为5.5N左右，通过本发明所述方法制备的涂层，其结合力是仅机械抛光处理的2倍以上。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种提高医用金属表面类金刚石涂层膜基结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对基体表面进行预处理，得到表面光滑的基体；
(2)利用紫外纳秒激光在预处理后的基体表面加工形成织构形貌；
(3)将石墨粉与粘结剂混合制备碳糊，然后涂覆在具有织构形貌的基体表面，保温处理后在激光作用下进行渗碳处理，在基底表面形成碳层；
(4)以碳化钨为溅射靶材，利用脉冲磁控溅射技术在步骤(3)处理后的基体表面沉积碳化钨涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理具体为：分别用200#、800#、1000#、1500#砂纸对基体表面进行研磨，然后采用天然纤维抛光布与W0.25的金刚石抛光剂进行镜面抛光，最后在有机溶剂中超声清洗20～40min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，通过物镜将紫外纳秒激光聚焦至预处理后的基体表面，设定激光加工器的扫描工艺路径和激光加工参数：激光脉冲功率为4～10W，频率为200～300KHz，脉冲宽度为10～15ns，扫描速度为20～100mm/s，在基体表面加工形成具有凹坑结构的织构形貌。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述凹坑结构的深度为10～30μm、直径为60～150μm，所述凹坑间的间距125～198μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳糊中石墨粉与粘结剂的质量比为8～10:1，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯或聚乙烯醇。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，向碳糊中加入1-甲基-2-吡咯烷酮混合均匀，然后利用丝网印刷机在具有织构形貌的基体表面涂覆厚度为1～2mm的碳糊层；每100g碳糊中加入5～15g的1-甲基-2-吡咯烷酮。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述保温处理的温度为90～100℃，时长为1～3h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述渗碳处理的具体操作为：将保温处理后的基体放置在激光器工作台上，在隔绝氧气的条件下，进行5～10次扫描，然后将基体材料置于有机溶剂中超声波清洗去除基底表面的碳糊，在表面形成1～2μm的碳层；所述激光器的工作参数为：激光脉冲功率为4～20W，频率为200～400KHz，脉冲宽度为8～13ns，扫描速度为800～1000mm/s。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，溅射过程中脉冲电压为-2000～-500V，溅射的时间为6～10h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述碳化钨涂层的厚度为1～3μm。
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