本发明属于柴油机零件表面处理和真空处理领域，具体涉及一种利用磁控溅射、等离子体辅助以及激光刻蚀技术在柴油发动机零件表面制备具有与柴油协同润滑作用好、结合力高、摩擦系数低、磨损率低、寿命长的多层薄膜。
背景技术：
随着我国对环境保护问题的日益重视，节能减排已经成为势在必行的重要课题。对于柴油发动机而言，减少能源消耗和污染物排放的意义重大。其中的关键问题之一就是润滑问题，传统的电镀手段难以实现环境友好。液体润滑则难以满足高承载、低摩擦、长寿命等要求。
现有的柴油发动机零件多采用电镀技术和液体润滑技术，较新的技术有类金刚石技术，但都存在寿命提升不高，效率依然较低的问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种柴油发动机零件表面多层耐磨减摩薄膜及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种柴油发动机零件表面多层耐磨减摩薄膜，在柴油发动机零件表面由内向外依次包括Cr层、Cr/MeC过渡层、MeC-DLC层、a-C:H软硬交替层和MoS2层，其中，Me为过渡金属元素。
优选地，所述过渡金属元素为Ti、W或Cr。
优选地，在所述的Cr/MeC过渡层中，随着厚度的增加，Cr的含量逐渐减少、MeC的含量逐渐增加。
优选地，所述a-C:H软硬交替层的交替层数为10～50层。
上述柴油发动机零件表面多层耐磨减摩薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）在柴油发动机零件表面磁控溅射沉积Cr层；
（2）在Cr层上磁控溅射沉积Cr/MeC过渡层；
（3）采用磁控溅射/等离子体辅助化学气相复合沉积法在Cr/MeC过渡层上沉积MeC-DLC层；
（4）采用等离子体辅助化学气相沉积法在MeC-DLC层上沉积a-C:H软硬交替层；
（5）采用激光刻蚀法在a-C:H软硬交替层上刻蚀微织构；
（6）在a-C:H软硬交替层上磁控溅射沉积MoS2层。
优选地，步骤（1）中，磁控溅射沉积Cr层的条件为：惰性气体流量为130sccm～150sccm，Cr靶功率为1.5kw～2kw，基片偏压为50V～100V，沉积时间为5min～10min。
优选地，步骤（2）中，采用Cr靶和MeC靶，通过逐步降低Cr靶的功率和逐步提高MeC靶的功率，在Cr层上磁控溅射沉积Cr/MeC过渡层，优选地磁控溅射沉积条件为：惰性气体流量为80sccm～150sccm，Cr靶的功率由1.5kw～2kw降至0kw，MeC靶的功率由0kw提至2kw～4kw，基片偏压为0V～50V，沉积时间为20min～40min。
优选地，步骤（3）中，以乙炔为反应气体，采用MeC靶，采用磁控溅射/等离子体辅助化学气相复合沉积法沉积MeC-DLC层，优选地沉积条件为：惰性气体流量为80sccm～100sccm，乙炔流量为30sccm～80sccm，基片偏压为50V-75V，MeC靶的功率为2kw～4kw，沉积时间为30min～120min。
优选地，步骤（4）中，采用等离子体辅助化学气相沉积法，以乙炔为反应气体，通过乙炔流量和基片偏压的交替改变，得到a-C:H软硬交替层，优选地，a-C:H软层的沉积条件：乙炔流量350sccm～400sccm，基片偏压为1000V～1200V，沉积时间5min～10min；a-C:H硬层的沉积条件：乙炔流量100sccm～150sccm，基片偏压为800V～1000V，沉积时间5min～10min。
优选地，步骤（6）中，磁控溅射沉积MoS2层的条件为：惰性气体流量为80sccm～130sccm，MoS2靶的功率为1kw～1.5kw，基片偏压为50V～100V，沉积时间为30min～60min。
本发明与现有技术相比的有益效果：本发明的薄膜复合硬度达到HV2500～3000，摩擦系数低至0.05～0.1，附着力＞500mN，材料级寿命优于5×106r，显著的改善柴油发动机零部件的表面性能，提高了其使用寿命、能源使用效率及可靠性。本发明的柴油发动机零件表面多层耐磨减摩薄膜可显著改善柴油发动机的使用寿命、能源利用效率及可靠性。其适用对象较多，包括挺杆、柱塞、凸轮座圈、挺柱垫圈等零部件。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明柴油发动机零件表面多层耐磨减摩薄膜的结构示意图，其中，1为零件基体，2为Cr层，3为Cr/MeC过渡层，4为MeC-DLC层，5为a-C:H软硬交替层，51为微织构，6为MoS2层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述的MeC-DLC是指掺杂了MeC的含氢碳膜，a-C:H是指没有掺杂的含氢碳膜。
实施例1 以柴油发动机柱塞表面多层耐磨减摩薄膜为例
(1) 化学清洗。分别使用石油醚、丙酮、酒精对柴油发动机柱塞基材进行超声波清洗，每种溶剂超声时间为5min。
(2) 加热及抽真空。保证薄膜沉积时处于一定的温度和真空范围内，加热温度为160℃，真空范围为2×10-3Pa。
(3) 等离子体源（辉光放电）轰击清洗。向真空室通入氩气，开启等离子体源对基体表面进行轰击清洗，去除基体表面的附着物，氩气流量为150sccm，等离子体源电流为60A，基片偏压为500V，轰击时间为30min。
(4) 沉积Cr层。通入氩气，开启磁控溅射Cr靶在基材表面沉积Cr层，使Cr层与基体表面形成强的界面，提高薄膜附着力。氩气流量为130sccm，Cr靶功率为2kw，基片偏压为50V，沉积时间为10min。
(5) 沉积渐变过渡层Cr/TiC层。通入Ar气，同时开启磁控溅射Cr靶和TiC靶，按照一定的衰减速率降低Cr靶的功率，并按照一定的提升速率增加TiC靶功率，形成Cr含量逐渐减少、TiC含量逐渐增加的渐变过渡层，提高薄膜与基体的结合强度。氩气流量为130sccm，Cr靶的初始功率为2kw，最终功率为0kw，TiC靶的初始功率为0kw，最终功率为4kw，基片偏压为50V，沉积时间为20min。
(6) 沉积TiC-DLC层。通入Ar气和C2H2气体，开启TiC靶，沉积TiC-DLC层。氩气流量为80sccm，乙炔流量为30sccm，基片偏压为50V，TiC靶功率为4kw，沉积时间为30min。
(7) 沉积a-C:H软硬交替层。通入C2H2气体，在样品台上施加高偏压，通过调整乙炔流量和基片偏压改变薄膜硬度，沉积a-C:H软硬交替膜。a-C:H软层：乙炔流量350sccm，基片偏压为1000V，沉积时间5min；a-C:H硬层：乙炔流量100sccm，基片偏压为800V，沉积时间5min，软硬交替总层数为10层。需要说明的是，图1的软硬交替层只是给出了软硬层交替的示意，实际的10层并未完全绘出。
（8）激光刻蚀a-C:H软硬交替层。对a-C:H进行激光刻蚀，在a-C:H软硬交替层上得到规则排列的微织构，激光器选用飞秒激光器，波长为1060nm，脉宽为500fs，功率为10w。
（9）沉积MoS2薄膜。通入氩气，打开溅射二硫化钼靶，沉积二硫化钼薄膜。氩气流量为80sccm，二硫化钼靶功率为1kw，基片偏压为50V，沉积时间为30min。
实施例2 以柴油发动机挺柱垫圈表面多层耐磨减摩薄膜为例
(1) 化学清洗。分别使用石油醚、丙酮、酒精对柴油发动机挺柱垫圈基材进行超声波清洗，每种溶剂超声时间为5min。
(2) 加热及抽真空。保证薄膜沉积时处于一定的温度和真空范围内，加热温度为160℃，真空范围为2×10-3Pa。
(3) 等离子体源轰击清洗。向真空室通入氩气，开启等离子体源对基体表面进行轰击清洗，去除基体表面的附着物，氩气流量为150sccm，等离子体源电流为60A，基片偏压为500V，轰击时间为30min。
(4) 沉积Cr层。通入氩气，开启磁控溅射Cr靶在基材表面沉积Cr层，使Cr层与基体表面形成强的界面，提高薄膜附着力。氩气流量为150sccm，Cr靶功率为1.5kw，基片偏压为100V，沉积时间为5min。
(5) 沉积渐变过渡层Cr/WC层。通入Ar气，同时开启磁控溅射Cr靶和WC靶，按照一定的衰减速率降低Cr靶的功率，并按照一定的提升速率增加WC靶功率，形成Cr含量逐渐减少、WC含量逐渐增加的渐变过渡层，提高薄膜与基体的结合强度。氩气流量为130sccm，Cr靶的初始功率为2kw，最终功率为0kw，WC靶的初始功率为0kw，最终功率为3kw，基片偏压为0V，沉积时间为20min。
(6) 沉积WC-DLC层。通入Ar气和C2H2气体，开启WC靶，沉积WC-DLC 层。氩气流量为100sccm，乙炔流量为50sccm，基片偏压为75V，WC靶功率为3kw，沉积时间为30min。
(7) 沉积a-C:H软硬交替层。通入C2H2气体，在样品台上施加高偏压，通过调整乙炔流量和基片偏压改变薄膜硬度，沉积a-C:H软硬交替膜。a-C:H软层：乙炔流量400sccm，基片偏压为1200V，沉积时间5min；a-C:H硬层：乙炔流量150sccm，基片偏压为1000V，沉积时间10min，软硬交替总层数为50层。
（8）激光刻蚀a-C:H软硬交替层。对a-C:H进行激光刻蚀，在a-C:H软硬交替层上得到规则排列的微织构，激光器选用飞秒激光器，波长为1060nm，脉宽为500fs，功率为15w。
（9）沉积MoS2薄膜。通入氩气，打开溅射二硫化钼靶，沉积二硫化钼薄膜。氩气流量为130sccm，二硫化钼靶功率为1.5kw，基片偏压为100V，沉积时间为60min。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明的保护范围之内。