本发明涉及表面工程，尤其涉及一种提高金刚石涂层减摩抗磨性能的方法与制件。
背景技术：
1、常规金刚石涂层具有许多接近甚至超越天然金刚石的的优良特性，如极高的硬度和热导率、高的耐磨性和良好的化学稳定性等，并且金刚石涂层的制备不受基体形状的制约，能够直接沉积在复杂形状的基体表面。这些优良特性使其成为理想的高性能涂层材料，已被广泛应用于刀具、机械密封、拉丝模具和轴承等其他需要润滑抗磨的滑动摩擦副表面。
2、但是未经处理的常规金刚石涂层厚度不均匀、表面粗糙度较大，导致较差的界面摩擦状态，无法满足高性能工程表面发展的要求，严重制约了金刚石涂层进一步的广泛应用。目前，大量的研究致力于解决常规金刚石涂层进一步广泛应用所面临的问题，从金刚石涂层的晶粒尺寸是否变化区分主要有两类策略：一是改变金刚石涂层的晶粒尺寸，二是金刚石涂层表面平整化技术。
3、其中改变金刚石涂层的晶粒尺寸，就是控制工艺参数使沉积的金刚石涂层的晶粒尺寸减小，金刚石涂层的表面粗糙度会随着晶粒尺寸的减小而减小，对应的界面摩擦状态也会得到改善。但是晶粒尺寸的减小会导致晶界面积的增加，晶界主要由非晶碳相组成，这会显著降低金刚石涂层对基体的附着力和金刚石涂层的硬度。虽然多层复合金刚石涂层具有较好的抗冲击性、基体附着力和界面摩擦状态，但是涂层的厚度和沉积过程的复杂性是其广泛工程应用的一个大障碍。
4、金刚石涂层表面平整化技术，本质就是对金刚石凸起的棱角进行大面积的去除。现有金刚石涂层平整化技术主要包括：机械抛光、热化学抛光、化学辅助机械抛光、离子束抛光、激光抛光等方法，虽然现有的金刚石涂层平整化技术在一定程度上都能达到良好的抛光效果，但是都有自身发展和进一步广泛工程应用的局限性，例如操作较复杂、成本高、处理时间长、不能用于复杂形状和大面积的表面、对涂层带来损伤或涂层性能提升有限等。如机械抛光、热化学抛光和化学辅助机械抛光属于接触式抛光，虽然它们可以显著降低金刚石涂层的表面粗糙度，一定程度上提高其性能，但它们仅限于平面和球面的类型，且抛光效率有限。此外，由于金刚石涂层较薄，接触式抛光过程中固有的长时间冲击和振动不可避免地会导致金刚石涂层的损伤。离子束抛光和激光抛光属于非接触式抛光，能对不规则样品进行抛光。但是离子束抛光因受限于反应室的尺寸，不适合大面积金刚石涂层的抛光，且操作比较复杂，抛光成本高。激光抛光法是目前金刚石涂层抛光方法中速率最高的方法，从激光与金刚石作用本质上来看可以分为热激光抛光和冷激光抛光。热激光抛光是基于热扩散，即利用较长脉冲持续时间的激光使金刚石表面入射点温度极速升高，发生石墨化相变和升华去除。虽然热激光抛光的成本低，但是由于受到局部热效应影响，抛光表面往往残留石墨化相变层，需要额外通过退火或酸洗去除，且局部的瞬时热影响可能引起金刚石涂层烧穿或者脱落。冷激光抛光的激光脉冲持续时间小于热扩散时间，可以实现无表面石墨化的一次抛光，但是设备成本高，这一定程度上限制了该技术的发展。此外，虽然现有的金刚石涂层平整化技术在一定程度上能够降低金刚石涂层的粗糙度，但是对金刚石涂层表面的摩擦性能提升有限，例如干摩擦条件下，面对钢、钛合金和氧化铝等摩擦配对，稳定的摩擦系数很难低于0.1。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种提高金刚石涂层减摩抗磨性能的方法与制件，采用本发明提供的方法能够在实现可控地平整金刚石涂层表面的基础上生成与金刚石涂层具有较高结合强度的碳纳米片，能够有效提高金刚石涂层的减摩和抗磨效果。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了一种提高金刚石涂层减摩抗磨性能的方法，包括以下步骤：
4、提供金刚石涂层制件，所述金刚石涂层制件包括基体与附着在所述基体表面的初始金刚石涂层，将所述初始金刚石涂层表面的形貌轮廓的最高点与最低点之间的高度差，记为最小均匀烧蚀厚度；
5、将所述金刚石涂层制件置于倾斜运动平台上，使放置有所述金刚石涂层制件的倾斜运动平台做规则单方向等间距停顿运动，同时使激光做重复划线运动，且激光进行重复划线运动的方向垂直于所述金刚石涂层制件运动的方向，实现对所述初始金刚石涂层表面的同步石墨化与平整化，得到前驱体器件；所述前驱体器件包括基体、附着在所述基体表面的未石墨化金刚石涂层以及附着在所述未石墨化金刚石涂层表面的平整化石墨层，其中，所述平整化石墨层的厚度大于所述最小均匀烧蚀厚度，且在所述同步石墨化与平整化的过程中，激光焦点始终位于所述初始金刚石涂层的表面；
6、将所述平整化石墨层进行机械解理，使所述平整化石墨层形成由碳纳米片构成的碳纳米片层。
7、优选地，所述金刚石涂层制件中初始金刚石涂层的厚度为2～10μm，表面粗糙度为0.4～1μm。
8、优选地，所述倾斜运动平台与水平面的夹角为5°～89°。
9、优选地，在所述同步石墨化与平整化的过程中还包括：对所述金刚石涂层制件的基体进行散热处理。
10、优选地，在所述同步石墨化与平整化的过程中，放置有所述金刚石涂层制件的倾斜运动平台与激光的运动关系满足：激光单次划线时间等于倾斜运动平台的相邻两次运动之间的停顿时间，且相邻两次激光划线之间的停顿时间等于倾斜运动平台单次运动的时间；其中，所述倾斜运动平台和激光在运动期间均为匀速运动。
11、优选地，放置有所述金刚石涂层制件的倾斜运动平台在首次运动前包括：将所述激光进行预划线扫描，以形成石墨线。
12、优选地，进行所述预划线扫描时激光的平均功率比进行所述重复划线运动时激光的平均功率高0.1～2w。
13、优选地，进行所述预划线扫描时激光脉宽与进行所述重复划线运动时激光脉宽独立的大于1ps。
14、优选地，所述平整化石墨层的厚度与最小均匀烧蚀厚度的差值为0.1～1μm。
15、本发明提供了一种制件，采用上述技术方案所述方法制备得到，包括基体、附着在所述基体表面的未石墨化金刚石涂层以及附着在所述未石墨化金刚石涂层表面的碳纳米片层，所述碳纳米片层由碳纳米片构成。
16、有益效果：本发明以初始金刚石涂层为原料，首先利用激光在初始金刚石涂层表面诱导石墨化并同时对初始金刚石涂层表面进行可控地平整化，形成平整化石墨层，然后将所述平整化石墨层机械解理为碳纳米片，从而在实现可控地平整金刚石涂层表面的基础上生成与金刚石涂层具有较高结合强度的碳纳米片。实施例的结果显示，采用本发明方法处理后的金刚石涂层表面在干摩擦和重载条件下具有更好的减摩和抗磨效果，同时可以有效抑制摩擦配副的黏着磨损。此外，本发明提供的方法操作简单、处理效率高且成本低，有利于推广应用。
17、进一步地，相对于在金刚石涂层表面制备碳纳米片的其他方法(如化学气相沉积法，不能控制金刚石涂层的厚度和表面粗糙度，且操作复杂、处理时间长)，本发明方法在生成与金刚石涂层具有较高结合强度碳纳米片的同时精准地控制金刚石涂层的厚度和表面粗糙度，能够满足多种场景的应用需求。
1.一种提高金刚石涂层减摩抗磨性能的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石涂层制件中初始金刚石涂层的厚度为2～10μm，表面粗糙度为0.4～1μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述倾斜运动平台与水平面的夹角为5°～89°。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述同步石墨化与平整化的过程中还包括：对所述金刚石涂层制件的基体进行散热处理。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，在所述同步石墨化与平整化的过程中，放置有所述金刚石涂层制件的倾斜运动平台与激光的运动关系满足：激光单次划线时间等于倾斜运动平台的相邻两次运动之间的停顿时间，且相邻两次激光划线之间的停顿时间等于倾斜运动平台单次运动的时间；其中，所述倾斜运动平台和激光在运动期间均为匀速运动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，放置有所述金刚石涂层制件的倾斜运动平台在首次运动前包括：将所述激光进行预划线扫描，以形成石墨线。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进行所述预划线扫描时激光的平均功率比进行所述重复划线运动时激光的平均功率高0.1～2w。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，进行所述预划线扫描时激光脉宽与进行所述重复划线运动时激光脉宽独立的大于1ps。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平整化石墨层的厚度与最小均匀烧蚀厚度的差值为0.1～1μm。
10.一种制件，采用权利要求1～9任一项所述方法制备得到，包括基体、附着在所述基体表面的未石墨化金刚石涂层以及附着在所述未石墨化金刚石涂层表面的碳纳米片层，所述碳纳米片层由碳纳米片构成。
