一种GLC涂层及其制备方法

技术领域

本申请涉及固体材料表面处理技术领域，具体涉及一种GLC涂层及其制备方法。

背景技术

高速重载变速箱齿轮承受的载荷较大，且转速较快。目前，大多高速重载齿轮均采用渗碳热处理以提高齿轮的表面硬度，渗碳技术要求为：层深0.8-1.3mm，齿轮表面硬度为58-63HRC。然而，随着发动机的马力不断提升，与之匹配的变速箱的扭矩也在不断增加，因此变速箱齿轮的载荷也在不断增大，齿轮表面的摩擦力加大，齿轮的失效情况也逐渐加重，多为点蚀和剥落。此外，随着双碳战略的实施，节能减排技术也成为汽车领域大力发展的技术，减低齿轮的摩擦系数可以有效提高变速箱的传动效率。

相关技术中，可通过感应淬火齿轮表面沉积DLC(Diamond-like carbon，类金刚石)涂层的方案进行齿轮表面处理，以降低变速箱噪音。但是，这种DLC涂层的硬度高，导致涂层较脆，且涂层的结合力较差，因此这种涂层仍存在剥落的风险。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种GLC涂层及其制备方法，以解决相关技术中涂层的结合力较差存在剥落风险的问题。

本申请第一方面提供一种GLC涂层的制备方法，其包括步骤：

将预处理后的基体放入镀膜设备内进行等离子清洗；

在清洗后的基体表面依次沉积Cr打底层、过渡层、以及掺杂有Cr的GLC层；

上述过渡层包括依次沉积的多层CrC层，每层CrC层均采用石墨靶和Cr靶共溅射的方式沉积，且石墨靶功率逐渐增加，Cr靶功率逐渐降低；同时

多层CrC层依次沉积时，Cr靶起始功率依次降低。

一些实施例中，在清洗后的基体表面沉积Cr打底层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm，并调整Cr靶起始功率为0.1kW，基体的起始偏压为120V；

控制Cr靶功率在预设升功率时间达到终点功率2.1-2.3kW后保持不变，以及基体偏压在预设降压时间达到终点偏压60V后保持不变，偏压电源的频率为200-250kHz；上述预设升功率时间与预设降压时间相同；

Cr打底层的沉积时间为1100-1600s。

一些实施例中，多层CrC层分别为第一CrC层、第二CrC层和第三CrC层，每层CrC层的沉积时间均相同。

一些实施例中，沉积第一CrC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm，调整石墨靶的起始功率为0.1kW，终点功率为3.4-3.8kW；调整Cr靶的起始功率为2.1-2.3kW，终点功率为0.07-0.1kW；基体偏压为40V，偏压电源的频率为40-60kHz；第一CrC层的沉积时间、石墨靶升功率时间、以及Cr靶降功率时间均为2000-5000s。

一些实施例中，沉积第二CrC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm，调整石墨靶的起始功率为0.1kW，终点功率为3.4-3.8kW；调整Cr靶的起始功率为1.5-1.9kW，终点功率为0.07-0.1kW；基体偏压为60V，偏压电源的频率为40-60kHz；第二CrC层的沉积时间、石墨靶升功率时间、以及Cr靶降功率时间均为2000-5000s。

一些实施例中，沉积第三CrC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm，调整石墨靶的起始功率为0.1kW，终点功率为3.4-3.8kW；调整Cr靶的起始功率为1.0-1.4kW，终点功率为0.07-0.1kW；基体偏压为80V，偏压电源的频率为40-60kHz；第三CrC层的沉积时间、石墨靶升功率时间、以及Cr靶降功率时间均为2000-5000s。

一些实施例中，沉积掺杂有Cr的GLC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在15-20sccm，并调整石墨靶功率为3.4-3.8kW，Cr靶功率为0.07-1.0kW，基体起始偏压为40V，终点偏压为100V；偏压电源的频率为40-60kHz；

GLC层的沉积时间与基体的升压时间相同，均为9-15h。

一些实施例中，将预处理后的基体放入镀膜设备内进行等离子清洗，具体包括：

将基体放入非平衡磁控镀膜炉中，抽真空至3×10

设置石墨靶功率为0.1-0.15kW，Cr靶功率为0.1-0.15kW，并设置基体偏压参数为：起始偏压为120V，终点偏压为500-600V，升压时间为60s，到达终点偏压后保持不变；

开启线性离子源，并设置线性离子源电源参数为：起始电压为2000V，终点电压为2800-3000V，升压时间为60s，到达终点电压后保持不变，线性离子源的氩气流量设置为20sccm；

基体转速设置为4RPM，等离子清洗的时间为15-20min。

一些实施例中，上述基体为高速重载齿轮；上述方法还包括对上述高速重载齿轮进行预处理，具体包括：

对高速重载齿轮进行渗碳处理，渗碳层深为0.8-1.1mm；

对渗碳处理后的高速重载齿轮进行磨齿处理，且磨齿后的粗糙度控制在Ra0.2-0.4μm；

对磨齿处理后的高速重载齿轮表面进行磨粒流处理，并控制表面粗糙度在Ra0.07-0.1μm；

采用超声波清洗去除高速重载齿轮表面的油渍，并烘干。

本申请第二方面提供一种GLC涂层，其特征在于：上述GLC涂层由上述的制备方法制备得到。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的GLC涂层及其制备方法，先将将预处理后的基体放入镀膜设备内进行等离子清洗；然后在清洗后的基体表面依次沉积Cr打底层、过渡层、以及掺杂有Cr的GLC层；由于过渡层包括依次沉积的多层CrC层，每层CrC层均采用石墨靶和Cr靶共溅射的方式沉积，且石墨靶功率逐渐增加，Cr靶功率逐渐降低；同时多层CrC层依次沉积时，Cr靶起始功率依次降低。因此，随着石墨靶功率逐渐增加，Cr靶功率逐渐降低，可在一定程度上增加涂层中SP3的成分，同时Cr靶起始功率依次降低，使多层CrC层中的Cr含量逐渐降低，因此，多层CrC层的硬度逐渐升高，硬度过渡较为平缓，涂层内应力较小，大大提高涂层的结合力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本实施例的GLC涂层的制备方法的流程图；

图2为实施例3的齿轮的划痕结合力测试结果。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请实施例提供一种GLC(Graphite-like carbon，类石墨碳)涂层的制备方法，其能解决相关技术中涂层的结合力较差存在剥落风险的问题。

如图1所示，本实施例的GLC涂层的制备方法包括步骤：

S1.将预处理后的基体放入镀膜设备内进行等离子清洗；

S2.在清洗后的基体表面依次沉积Cr打底层、过渡层、以及掺杂有Cr的GLC层。

上述过渡层包括依次沉积的多层CrC层，每层CrC层均采用石墨靶和Cr靶共溅射的方式沉积，且石墨靶功率逐渐增加，Cr靶功率逐渐降低；同时多层CrC层依次沉积时，Cr靶起始功率依次降低。

本实施例的制备方法，先将将预处理后的基体放入镀膜设备内进行等离子清洗；然后在清洗后的基体表面依次沉积Cr打底层、过渡层、以及掺杂有Cr的GLC层；由于过渡层包括依次沉积的多层CrC层，每层CrC层均采用石墨靶和Cr靶共溅射的方式沉积，且石墨靶功率逐渐增加，Cr靶功率逐渐降低；同时多层CrC层依次沉积时，Cr靶起始功率依次降低。因此，随着石墨靶功率逐渐增加，Cr靶功率逐渐降低，可在一定程度上增加涂层中SP3的成分，同时Cr靶起始功率依次降低，使多层CrC层中的Cr含量逐渐降低，因此，多层CrC层的硬度逐渐升高，硬度过渡较为平缓，涂层内应力较小，大大提高涂层的结合力。

进一步地，将预处理后的基体放入镀膜设备内进行等离子清洗，具体包括以下步骤：

首先，将基体放入非平衡磁控镀膜炉中，抽真空至3×10

然后，启动电源，设置石墨靶功率为0.1-0.15kW，Cr靶功率为0.1-0.15kW，并设置基体偏压参数为：起始偏压为120V，终点偏压为500-600V，升压时间为60s，到达终点偏压后保持不变，可保持14-19min；该过程偏压电源的频率设置为200-250kHz；同时，开启线性离子源，并设置线性离子源电源参数为：起始电压为2000V，终点电压为2800-3000V，升压时间为60s，到达终点电压后保持不变，可保持14-19min，线性离子源的氩气流量设置为20sccm。

其中，基体转速设置为4RPM，等离子清洗整个过程持续时间为15-20min。

本实施例中，通过在等离子清洗过程中，采用线性离子源对基体表面进行高强度刻蚀，线性离子源电压高达2000-2800V，其产生的氩离子在电压的加速下剧烈轰击基体表面，可有效除去基体表面的氧化层，在基体表面形成微织构，从而大大提高涂层的结合强度。

在上述实施例的基础上，本实施例中，在清洗后的基体表面沉积Cr打底层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm，并调整Cr靶起始功率为0.1kW，基体的起始偏压为120V；控制Cr靶功率在预设升功率时间达到终点功率2.1-2.3kW后保持不变，以及基体偏压在预设降压时间达到终点偏压60V后保持不变，偏压电源的频率为200-250kHz；上述预设升功率时间与预设降压时间相同；Cr打底层的沉积时间为1100-1600s。

具体地，等离子清洗之后，在基体表面沉积一层Cr打底层，工艺参数如下：通入非平衡磁控镀膜炉内的氩气流量调整为25-35sccm；关闭石墨靶电源，调整Cr靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为2.1-2.3kW，升功率的时间为30s，到达终点功率后保持不变。基体偏压设置为：起始偏压120V，终点偏压60V，降压时间为30s，到达终点偏压后保持不变，该过程偏压电源的频率设置为200-250kHz。Cr打底的整个过程持续时间为1100-1600s。

进一步地，由靠近基体至远离基体方向，多层CrC层分别为第一CrC层、第二CrC层和第三CrC层，每层CrC层的沉积时间均相同。

本实施例中，完成Cr打底层之后，再在基体表面沉积第一CrC层。上述沉积第一CrC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶的起始功率为0.1kW，终点功率为3.4-3.8kW，升功率的时间为2000-5000s，石墨靶电源频率设置为20-30kHz；调整Cr靶的起始功率为2.1-2.3kW，终点功率为0.07-0.1kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为2000-5000s；基体偏压保持恒定为40V，时间为2000s-5000s，偏压电源的频率为40-60kHz；第一CrC层的沉积时间、石墨靶升功率时间、以及Cr靶降功率时间均为2000-5000s。

本实施例中，完成第一CrC层之后，再沉积第二CrC层。上述沉积第二CrC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm，打开石墨靶电源，调整石墨靶的起始功率为0.1kW，终点功率为3.4-3.8kW，升功率的时间为2000-5000s，石墨靶电源频率设置为20-30kHz；调整Cr靶的起始功率为1.5-1.9kW，终点功率为0.07-0.1kW；基体偏压为60V，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为2000-5000s；偏压电源的频率为40-60kHz，时间为2000s-5000s；第二CrC层的沉积时间、石墨靶升功率时间、以及Cr靶降功率时间均为2000-5000s。

本实施例中，完成第二CrC层之后，再沉积第三CrC层。上述沉积第三CrC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在25-35sccm，打开石墨靶电源，调整石墨靶的起始功率为0.1kW，终点功率为3.4-3.8kW，升功率的时间为2000-5000s，石墨靶电源频率设置为20-30kHz；调整Cr靶的起始功率为1.0-1.4kW，终点功率为0.07-0.1kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为2000-5000s；基体偏压恒定为80V，时间为2000s-5000s，偏压电源的频率为40-60kHz；第三CrC层的沉积时间、石墨靶升功率时间、以及Cr靶降功率时间均为2000-5000s。

在上述实施例的基础上，本实施例中，沉积掺杂有Cr的GLC层的条件包括：

控制通入镀膜设备的氩气流量在15-20sccm，并调整石墨靶功率为3.4-3.8kW，Cr靶功率为0.07-1.0kW，基体起始偏压为40V，终点偏压为100V；偏压电源的频率为40-60kHz；

GLC层的沉积时间与基体的升压时间相同，均为9-15h。

具体地，在沉积过渡层之后，再在基体表面沉积最外层的GLC涂层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为15-20sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：石墨靶功率保持恒定为3.4-3.8kW，保持时间为9-15h；调整Cr靶电源参数为：Cr靶材功率保持恒定为0.07-1.0kW，保持时间为9-15h。基体偏压设置为：起始偏压为40V，终点偏压为100V，升压时间为9-15h，该过程偏压电源的频率设置为40-60kHz。

沉积GLC涂层之后，即可关闭石墨靶和Cr靶电源，持续通入氩气至炉温降至室温后，打开炉门，取出工件。

优选地，上述基体为高速重载齿轮；上述制备方法还包括对上述高速重载齿轮进行预处理，具体包括以下步骤：

首先，对高速重载齿轮进行渗碳处理，渗碳层深为0.8-1.1mm。表面硬度58-63HRC。

其次，对渗碳处理后的高速重载齿轮进行磨齿处理，且磨齿后的粗糙度控制在Ra0.2-0.4μm。

其中，对渗碳淬火齿轮进行磨齿处理，可去除齿轮表面由于渗碳导致的非马组织。

然后，对磨齿处理后的高速重载齿轮表面进行磨粒流处理，并控制表面粗糙度在Ra0.07-0.1μm。通过对齿轮表面进行抛光处理，可有效控制齿轮表面的粗糙度。

最后，采用超声波清洗去除高速重载齿轮表面的油渍，并烘干。

其中，采用超声波清洗可除去齿轮表面的油渍；然后对清洗后的齿轮进行烘干处理，使表面没有水渍和油渍。

以高速重载齿轮为例，下面结合实施例对GLC涂层及其制备方法进行说明，但是不能把它们理解为对本申请保护范围的限定。

实施例1

1.1齿轮预处理：

(1)渗碳处理：对齿轮进行渗碳处理，渗碳层深0.8mm，表面硬度58HRC；

(2)磨齿处理：对渗碳淬火齿轮进行磨齿处理，去除齿轮表面由于渗碳导致的非马组织，磨齿后的粗糙度控制在0.4μm；

(3)齿轮表面抛光处理：对磨齿后的齿轮表面进行磨粒流处理，齿轮表面粗糙度控制在Ra0.07μm；

(4)超声波清洗：采用超声波清洗除去齿轮表面的油渍；

(5)烘干：对清洗后的齿轮进行烘干处理，表面无水渍和油渍；

1.2齿轮表面GLC涂层制备

(1)等离子清洗：将齿轮放入非平衡磁控镀膜炉中，抽真空至3×10

(2)Cr打底层：等离子清洗之后，在齿轮表面沉积一层Cr打底层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量调整为25sccm；关闭石墨靶电源，调整Cr靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为2.1kW，升功率的时间为30s，到达终点功率后保持不变。基体偏压设置为：起始偏压120V，终点偏压60V，降压时间为30s，到达终点偏压后保持不变，该过程偏压电源的频率设置为200kHz。Cr打底的整个过程持续时间为1100s。

(3)过渡层：

第一CrC层：完成Cr打底层后，在齿轮表面沉积第一CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为25sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.4kW，升功率的时间为2000s，石墨靶电源频率设置为20kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为2.1kW，终点功率为0.07kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为2000s。基体偏压设置为：偏压保持恒定40V，时间为2000ss，该过程偏压电源的频率设置为40kHz。第一CrC层的沉积过程持续时间为2000s。

第二CrC层：完成第一CrC层后，在齿轮表面再沉积第二CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为25sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.4kW，升功率的时间为2000s，石墨靶电源频率设置为20kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为1.5kW，终点功率为0.07kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为2000s。基体偏压设置为：偏压保持恒定60V，时间为2000s，该过程偏压电源的频率设置为40kHz。第二CrC层的整个沉积过程持续时间为2000s。

第三CrC层：完成第二CrC层后，在齿轮表面再沉积第三CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为25sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.4kW，升功率的时间为2000s，石墨靶电源频率设置为20kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为1.0kW，终点功率为0.07kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为2000s。基体偏压设置为：偏压保持恒定80V，时间为2000s，该过程偏压电源的频率设置为40kHz。第三CrC层的整个过程持续时间为2000s。

(4)最外层GLC涂层：

GLC层：过渡层沉积后，在齿轮表面沉积最外层的GLC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为15sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：石墨靶功率保持恒定为3.4kW，保持时间为9h；调整Cr靶电源参数为：Cr靶材功率保持恒定为0.07kW，保持时间为9h。基体偏压设置为：起始偏压为40V，终点偏压为100V，升压时间为9h，该过程偏压电源的频率设置为40kHz。

(5)降温取出工件：

涂层制备完成后，关闭石墨靶和Cr靶电源，持续通入氩气至炉温降至室温后，打开炉门，取出齿轮。

本实施例制备的GLC涂层成分以类石墨的SP2成分为主，SP2成分占比为65％，SP3成分占比为35％，涂层的硬度为15Gpa，弹性模量150Gpa，涂层结合力为80N，涂层总厚度为2.5μm，其中Cr打底层厚度为0.4μm，过渡层每层CrC层的厚度均为0.2μm，最外层GLC层厚度为1.5μm，涂层的干摩擦系数为0.1。

实施例2

1.1齿轮预处理：

(1)渗碳处理：对齿轮进行渗碳处理，渗碳层深0.95mm，表面硬度61HRC；

(2)磨齿处理：对渗碳淬火齿轮进行磨齿处理，去除齿轮表面由于渗碳导致的非马组织，磨齿后的粗糙度控制在Ra0.3μm；

(3)齿轮表面抛光处理：对磨齿后的齿轮表面进行磨粒流处理，齿轮表面粗糙度控制在Ra0.08μm；

(4)超声波清洗：采用超声波清洗除去齿轮表面的油渍；

(5)烘干：对清洗后的齿轮进行烘干处理，表面无水渍和油渍。

1.2齿轮表面GLC涂层制备

(1)等离子清洗：将齿轮放入非平衡磁控镀膜炉中，抽真空至3×10

(2)Cr打底层：等离子清洗之后，在齿轮表面沉积一层Cr打底层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量调整为30sccm；关闭石墨靶电源，调整Cr靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为2.2kW，升功率的时间为30s，到达终点功率后保持不变。基体偏压设置为：起始偏压120V，终点偏压60V，降压时间为30s，到达终点偏压后保持不变，该过程偏压电源的频率设置为230kHz。Cr打底的整个过程持续时间为1400s。

(3)过渡层：

第一CrC层：完成Cr打底层后，在齿轮表面沉积第一CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为30sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.6kW，升功率的时间为3500s，石墨靶电源频率设置为25kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为2.2kW，终点功率为0.08kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为3500s。基体偏压设置为：偏压保持恒定40V，时间为3500s，该过程偏压电源的频率设置为50kHz。第一CrC层的沉积过程持续时间为3500s。

第二CrC层：完成第一CrC层后，在齿轮表面再沉积第二CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为30sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.6kW，升功率的时间为3500s，石墨靶电源频率设置为25kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为1.7kW，终点功率为0.08kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为3500s。基体偏压设置为：偏压保持恒定60V，时间为3500s，该过程偏压电源的频率设置为50kHz。第二CrC层的整个沉积过程持续时间为3500s。

第三CrC层：完成第二CrC层后，在齿轮表面再沉积第三CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为30sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.6kW，升功率的时间为3500s，石墨靶电源频率设置为25kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为1.2kW，终点功率为0.08kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为3500s。基体偏压设置为：偏压保持恒定80V，时间为3500s，该过程偏压电源的频率设置为50kHz。第三CrC层的整个过程持续时间为3500s。

(4)最外层GLC涂层：

GLC层：过渡层沉积后，在齿轮表面沉积最外层的GLC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为18sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：石墨靶功率保持恒定为3.6kW，保持时间为13h；调整Cr靶电源参数为：Cr靶材功率保持恒定为0.08kW，保持时间为13h。基体偏压设置为：起始偏压为40V,终点偏压为100V，升压时间为13h，该过程偏压电源的频率设置为50kHz。

(5)降温取出工件：

涂层制备完成后，关闭石墨靶和Cr靶电源，持续通入氩气至炉温降至室温后，打开炉门，取出齿轮。

本实施例制备的GLC涂层成分以类石墨的SP2成分为主，SP2成分占比为75％，SP3成分占比为25％，涂层的硬度为14Gpa，弹性模量120Gpa，涂层结合力为85N，涂层总厚度为3.0μm，其中Cr打底层厚度为0.45μm，过渡层每层CrC层的厚度均为0.3μm，最外层GLC层厚度为1.65μm，涂层的干摩擦系数为0.085。

实施例3

1.1齿轮预处理：

(1)渗碳处理：对齿轮进行渗碳处理，渗碳层深1.1mm，表面硬度63HRC；

(2)磨齿处理：对渗碳淬火齿轮进行磨齿处理，去除齿轮表面由于渗碳导致的非马组织，磨齿后的粗糙度控制在Ra0.2μm；

(3)齿轮表面抛光处理：对磨齿后的齿轮表面进行磨粒流处理，齿轮表面粗糙度控制在Ra0.1μm；

(4)超声波清洗：采用超声波清洗除去齿轮表面的油渍；

(5)烘干：对清洗后的齿轮进行烘干处理，表面不能有水渍和油渍。

1.2齿轮表面GLC涂层制备

(1)等离子清洗：将齿轮放入非平衡磁控镀膜炉中，抽真空至3×10

(2)Cr打底层：等离子清洗之后，在齿轮表面沉积一层Cr打底层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量调整为35sccm；关闭石墨靶电源，调整Cr靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为2.3kW，升功率的时间为30s，到达终点功率后保持不变。基体偏压设置为：起始偏压120V，终点偏压60V，降压时间为30s，到达终点偏压后保持不变，该过程偏压电源的频率设置为250kHz。Cr打底的整个过程持续时间为1600s。

(3)过渡层：

第一CrC层：完成Cr打底层后，在齿轮表面沉积第一CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为35sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.8kW，升功率的时间为5000s，石墨靶电源频率设置为30kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为2.3kW，终点功率为0.1kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为5000s。基体偏压设置为：偏压保持恒定40V，时间为5000s，该过程偏压电源的频率设置为60kHz。第一CrC层的整个过程持续时间为5000s。

第二CrC层：完成第一CrC层后，在齿轮表面再沉积第二CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为35sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.8kW，升功率的时间为5000s，石墨靶电源频率设置为30kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为1.9kW，终点功率为0.1kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为5000s。基体偏压设置为：偏压保持恒定60V，时间为5000s，该过程偏压电源的频率设置为60kHz。第二CrC层的整个沉积过程持续时间为5000s。

第三CrC层：完成第二CrC层后，在齿轮表面再沉积第三CrC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为35sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：起始功率为0.1kW，终点功率为3.8kW，升功率的时间为5000s，石墨靶电源频率设置为30kHz；调整Cr靶电源参数为：起始功率为1.4kW，终点功率为0.1kW，降功率的时间与Cr靶升功率的时间保持同步，时间为5000s。基体偏压设置为：偏压保持恒定80V，时间为5000s，该过程偏压电源的频率设置为60kHz。第三CrC层的整个过程持续时间为5000s。

(4)最外层GLC涂层：

GLC层：过渡层沉积后，在齿轮表面沉积最外层的GLC层，工艺参数如下：通入炉内的氩气流量为20sccm；打开石墨靶电源，调整石墨靶电源参数为：石墨靶功率保持恒定为3.8kW，保持时间为15h；调整Cr靶电源参数为：Cr靶材功率保持恒定为1.0kW，保持时间为15h。基体偏压设置为：起始偏压为40V，终点偏压为100V，升压时间为15h，该过程偏压电源的频率设置为60kHz。

(5)降温取出工件：

涂层制备完成后，关闭石墨靶和Cr靶电源，持续通入氩气至炉温降至室温后，打开炉门，取出齿轮。齿轮的划痕结合力采用纳米压痕测试，测试结果如图2所示，当加载力至93.4N时，齿轮表面涂层薄膜破裂。

本实施例制备的GLC涂层成分以类石墨的SP2成分为主，SP2成分占比为85％，SP3成分占比为15％，涂层的硬度为13Gpa，弹性模量90Gpa，涂层结合力为93N，涂层总厚度为3.5μm，其中Cr打底层厚度为0.5μm，过渡层每层CrC层的厚度均为0.4μm，最外层GLC涂层厚度为1.8μm，涂层的干摩擦系数为0.07。

本实施例在渗碳齿轮的表面制备减磨降噪的GLC涂层，该涂层以类石墨的SP2成分为主，SP2成分占比为65-85％，SP3成分占比为35-15％，涂层的硬度为13-15Gpa，弹性模量90-150Gpa，涂层结合力为80-93N，涂层总厚度为2.5-3.5μm，其中Cr打底层厚度为0.4-0.5μm，CrC过程层的每层厚度为0.2-0.4μm，最外层GLC涂层厚度为1.5-1.8μm，涂层的干摩擦系数为0.07-0.1。不仅减磨效果较佳，且涂层的结合力较高，均可在80N以上，最高可达90以上。

通过最为简单一元掺杂，即掺杂Cr元素，获得理想的过渡层；每层CrC层沉积时间差异较小，石墨靶的工艺参数也无差异，但Cr靶的起始功率不同。第一CrC层、第二CrC层和第三CrC层的Cr靶起始功率依次降低，分别为2.1-2.3kW、1.5-1.9kW、1.0-1.4kw，因此，Cr含量是逐渐降低的过程，硬度逐渐升高，三层硬度分别为8GPa，10GPa，12GPa左右，厚度无差异，皆为0.2-0.4μm，因此，各CrC层之间的硬度过渡比较平缓，应力较小，大大提高涂层的结合力。

此外，每一CrC层均是成分过渡，具体为每层的C靶功率均是由0.1kW逐渐升高到3.4-3.8kW，Cr靶功率由每层的起始功率降低至0.07-0.1kW，基体偏压分别为40V、60V、80V，因此，每个过渡层中SP3的成分逐渐升高，Cr含量逐渐降低，硬度逐渐升高，每层的应力也较小。

齿轮最外层的GLC层，其偏压设置为40V-100V逐渐升高，且Cr靶材功率维持之前过渡层Cr靶功率的终值0.07-1kW不变，该层的Cr含量比过渡层低，因此该层的硬度最高为13-15GPa，且由于偏压是从40V逐渐升到100V，因此最外层的硬度也是逐渐升高的过程，综合应力较低。

本申请还提供一种GLC涂层的实施例，上述GLC涂层由上述的制备方法制备得到。

本实施例的GLC涂层，适用于上述各GLC涂层的制备方法，通过基体粗糙度控制，偏压过渡和成分过渡实现硬度的平缓过渡，进而降低涂层的应力，提高涂层之间以及涂层与基体之间的结合力。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。