一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层及其制备方法和应用

摘要

本发明属于刀具涂层制备技术领域，公开了一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层及其制备方法和应用。本发明采用脉冲电弧离子镀技术制备，制备过程中先沉积0.2～1μm厚的AlCrN层作为涂层与基体之间的过渡层，为纳米多层结构提供支撑；通过工件转架的旋转实现纳米多层结构；AlCrN中间层和AlCrSiN中间层交替沉积形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层成分为Al：18～32at.％，Cr：10～25at.％，Si：1～10at.％，N：45～57at.％。纳米多层结构细化了柱状晶尺寸，具有良好的高硬度、高韧性、高耐磨性和高温抗氧化性能，是一种具有良好应用前景的刀具涂层。

说明书

技术领域

本发明属于刀具涂层制备技术领域，特别涉及一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层及其制备方法和应用。

背景技术

现代加工制造业的发展离不开切削刀具，对刀具提出了更高更苛刻的要求。而绿色环保、高速、高精度和智能化成为切削加工的追求目标；高强度、高硬度、高韧性、难切削等材料层出不穷，对刀具具有不小挑战，而硬质合金刀具涂层在新形势下对切削加工具有优异的性能。

AlCrN涂层由于在高温下形成稳定的合金相使其具有优异的耐热抗高温性能，并且具有优异的机械性能，例如高硬度、高耐磨性和良好的排屑能力，但是AlCrN涂层具有相对较高的残余应力，残余应力大导致硬度增加并且粘附性降低。而通过掺杂Si而具有纳米复合结构的AlCrSiN涂层由于同时存在具有高硬度的纳米晶体和具有高耐热性的Si₃N₄非晶体而具有优异的高温特性同时具有较低的残余应力。通过多层结构设计，提供较优的残余应力、硬度和断裂韧性之间的平衡，防止裂纹扩散使其更可控。制备的AlCrN/AlCrSiN多层涂层具有较低的残余应力，硬度高，更好的耐磨性和高温抗氧化的涂层，适合在苛刻的加工工况中运用。

利用脉冲电弧离子镀技术制备AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层刀具涂层的方法，还未见报道。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层；该涂层具有高硬度、高结合强度、优异的高温稳定性和耐磨性，沉积涂层刀具适用于苛刻条件下难加工材料切削加工的特点。

本发明的又一目的在于提供一种上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，该方法采用的是脉冲电弧离子镀技术。

本发明的再一目的在于提供一种上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层，该涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层是由调制比为1:1.5的AlCrN中间层与AlCrSiN中间层交替沉积而成，调制周期为10～35nm；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层中各元素的原子百分比含量：Al:18～32at.％，Cr:10～25at.％，Si:1～10at.％，N:45～57at.％。

所述AlCrN过渡层厚度为0.2～1μm，AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层厚度为2～8μm。

所述衬底基体为WC-Co硬质合金或高速钢刀具。

所述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层具有纳米复合和纳米多层结构，而当调制波长在纳米尺度范围内时，存在硬度异常增大的超硬效应，硬度大于40GPa，属于超硬涂层。

上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)基体前处理：将衬底基体喷砂抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗10～30min，而后用烘干炉烘干后装入真空腔室内，置于工件转架上；打开加热器将腔室升温至300～500℃，将真空室抽真空至真空度3～6×10^-3Pa以下；

(2)脉冲刻蚀：通入50～200sccm的Ar气和50～100sccm的Kr气，设置工件转架偏压-650～-1000V，频率为10～240kHz，对基体表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间10～20min；

(3)直流刻蚀：通入100～300sccm的Ar气和50～100sccm的Kr气，设置工件转架偏压-150～-300V，设定离子源电流为15～30A，对基体表面进行直流刻蚀，刻蚀时间20～50min；

(4)沉积AlCrN过渡层：将工件转架偏压调至-80～-180V，通入250～400sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节气压至1.0～3.0Pa，真空腔室温度300～450℃，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波或锯齿波，输出的脉冲平均电流60～90A，频率：5～200Hz，占空比：1～70％，沉积AlCrN过渡层10～40min；

(5)沉积AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层：将工件转架偏压调至-80～-180V，通入250～400sccm的N₂气，调节气压至1～3Pa，真空腔室温度300～450℃，点燃AlCr靶和AlCrSi靶，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波或锯齿波，输出的脉冲平均电流60～90A，频率：5～200Hz，占空比：1～70％，沉积时间1～4h，通过工件架公转在AlCrN过渡层上交替沉积AlCrN中间层与AlCrSiN中间层形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；

(6)沉积结束，关闭电源，待真空室温度降至100℃后，打开真空室取出样品，冷却至室温，形成AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层。

步骤(4)和(5)中所述AlCr靶的各元素原子百分比为Al：50～70at.％，Cr：30～50at.％；步骤(5)中所述AlCrSi靶的各元素原子百分比为Cr：25～40at.％，Al：40～70at.％，Si：5～20at.％。

步骤(5)中所述工件架公转的速度为1～5r/min，公转带动自转，公转转速和自转转速是1:3的关系。

上述的AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层在刀具切削和表面防护涂层领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明采用的脉冲电弧离子镀技术，相比传统电弧离子镀，脉冲电弧离子镀其放电过程是脉冲式的、间断的，产生更强更高密度的等离子体，而平均电流又比较小，制备出的涂层表面大颗粒较少、膜层组织更加致密。

(2)本发明通过多层结构设计，具有较优的残余应力、硬度和断裂韧性，防止裂纹扩散更可控。

(3)使用本发明制成制备的AlCrN/AlCrSiN多层涂层刀具，具有更好的耐磨性和高温抗氧化性，适合在苛刻的加工工况中运用的刀具，可以满足高速加工对刀具材料更好性能的需求，有巨大的市场潜力和使用价值。

附图说明

图1是本发明采用的脉冲电弧沉积装置示意图；

图2是本发明AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的截面形貌图；

图3是本发明AlCrN、AlCrSiN、AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层纳米压痕位移载荷图；

图4是本发明AlCrN、AlCrSiN、AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的XRD图；

图5是本发明AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层在1100℃下氧化2小时后截面形貌和相应的EDS线扫描分析；

图6是本发明AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层在RT、600℃和800℃下的摩擦曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，但本发明的保护范围不限于此。

以下实施例中采用脉冲电弧离子镀交替沉积AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的示意图如图1所示，在沉积涂层的过程中工件转架公转带动自转旋转，当样品正对着脉冲电弧AlCr靶时，基体沉积一层AlCrN中间层；正对着AlCrY靶时，沉积一层AlCrSiN中间层；AlCrN中间层和AlCrSiN中间层交替沉积形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层，工件架旋转速度快慢决定了每层AlCrN层和AlCrSiN层的厚度。

实施例中使用的AlCr靶的各元素原子百分比为Al：50～70at.％，Cr：30～50at.％，AlCrSi靶的各元素原子百分比为Cr：25～40at.％，Al：40～70at.％，Si：5～20at.％。

实施例1

一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层，该涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；所述过渡层附着在WC-Co硬质合金或高速钢刀具衬底基体上，厚度为0.2μm的AlCrN涂层；所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层附着在过渡层上，厚度为4μm。所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的成分为Al：29at.％，Cr：17at.％，Si：2at.％，N：52at.％；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层是由调制比为1:1.5的AlCrN中间层与AlCrSiN中间层交替沉积而成，调制周期为30～35nm。

上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，是采用脉冲电弧离子镀技术，涂层制备具体步骤如下：

(1)基体前处理：将刀具基体喷砂抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗15min，而后用烘干炉烘干后装入真空腔室内，置于工件转架上；打开加热器将腔室升温至500℃，将真空室抽真空至真空度5.0×10^-3Pa以下；

(2)脉冲刻蚀：通入200sccm的Ar气和50sccm的Kr气，设置工件转架偏压-1000V，频率为240kHz，对基体表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间10min；

(3)直流刻蚀：通入150sccm的Ar气和80sccm的Kr气，设置工件转架偏压-300V，设定离子源电流为30A，对基体表面进行直流刻蚀，刻蚀时间30min；

(4)沉积AlCrN过渡层：将工件转架偏压调至-100V，通入300sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节气压至1Pa，真空腔室温度400℃，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，输出的脉冲平均电流80A，频率：10Hz，占空比：5％，沉积AlCrN过渡层10min；

(5)沉积AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层：将工件转架公转转速设定为1.5r/min，公转带动自转，自转转速是4.5r/min，偏压调至-100V，通入300sccm的N₂气，调节气压至1Pa，真空腔室温度400℃，点燃AlCr靶和AlCrSi靶，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波输出的脉冲平均电流80A，频率：10Hz，占空比：5％，沉积时间2h，通过工件架公转在AlCrN过渡层上交替沉积AlCrN中间层与AlCrSiN中间层形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；待真空室温度降至100℃以下，打开真空室取出样品，冷却至室温，形成AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层。

图2为本发明实施例AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的截面形貌图。从图2中可以看出，涂层组织结构致密和有明显的多层状结构，多层结构能提高涂层的力学性能，防止裂纹扩散，提高涂层刀具的切削性能。

实施例2

一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层，该涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；所述过渡层附着在WC-Co硬质合金或高速钢刀具衬底基体上，厚度为0.3μm的AlCrN涂层；所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层附着在过渡层上，厚度为3μm。所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的成分为Al：25at.％，Cr：18at.％，Si：3at.％，N：54at.％；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层是由调制比为1:1.5的AlCrN中间层与AlCrSiN中间层交替沉积而成，调制周期为27～32nm。

上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，是采用脉冲电弧离子镀技术，涂层制备具体步骤如下：

(1)基体前处理：将刀具基体喷砂抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗15min，而后用烘干炉烘干后装入真空腔室内，置于工件转架上；打开加热器将腔室升温至450℃，将真空室抽真空至真空度5.0×10^-3Pa以下；

(2)脉冲刻蚀：通入150sccm的Ar气和80sccm的Kr气，设置工件转架偏压-800V，频率为200kHz，对基体表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间15min；

(3)直流刻蚀：通入150sccm的Ar气和100sccm的Kr气，设置工件转架偏压-200V，设定离子源电流为25A，对基体表面进行直流刻蚀，刻蚀时间40min。

(4)沉积AlCrN过渡层：将工件转架偏压调至-120V，通入350sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节气压至1Pa，真空腔室温度400℃，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，输出的脉冲平均电流75A，频率：100Hz，占空比：10％，沉积AlCrN过渡层13min；

(5)沉积AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层：将工件转架公转转速设定为2r/min，公转带动自转，自转转速是6r/min，偏压调至-120V，通入350sccm的N₂气，调节气压至1Pa，真空腔室温度400℃，点燃AlCr靶和AlCrSi靶，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波输出的脉冲平均电流75A，频率：100Hz，占空比：10％，沉积时间1.5h，通过工件架公转在AlCrN过渡层上交替沉积AlCrN中间层与AlCrSiN中间层形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；待真空室温度降至100℃以下，打开真空室取出样品，冷却至室温，形成AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层。

图3是本发明AlCrN、AlCrSiN、AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层纳米压痕位移载荷图；其中单层AlCrN涂层和AlCrSiN涂层的制备工艺和多层AlCrN/AlCrSiN涂层的制备工艺条件一致。从图3中可观察到，在相同的载荷下本发明实施例制备的的AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层压人位移小于AlCrN涂层和AlCrSiN涂层，得知本发明制备的AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层其硬度比AlCrN和AlCrSiN单层涂层的硬度高，硬度达到38GPa以上。

实施例3

一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层，该涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；所述过渡层附着在WC-Co硬质合金或高速钢刀具衬底基体上，厚度为0.4μm的AlCrN涂层；所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层附着在过渡层上，厚度为2μm。所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的成分为Al：23at.％，Cr：14at.％，Si：2at.％，N：56at.％；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层是由调制比为1:1.5的AlCrN中间层与AlCrSiN中间层交替沉积而成，调制周期为22～28nm。

上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，是采用脉冲电弧离子镀技术，涂层制备具体步骤如下：

(1)基体前处理：将刀具基体喷砂抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗15min，而后用烘干炉烘干后装入真空腔室内，置于工件转架上；打开加热器将腔室升温至450℃，将真空室抽真空至真空度5.0×10^-3Pa以下；

(2)脉冲刻蚀：通入150sccm的Ar气和80sccm的Kr气，设置工件转架偏压-800V，频率为200kHz，对基体表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间15min；

(3)直流刻蚀：通入150sccm的Ar气和100sccm的Kr气，设置工件转架偏压-200V，设定离子源电流为25A，对基体表面进行直流刻蚀，刻蚀时间40min。

(4)沉积AlCrN过渡层：将工件转架偏压调至-120V，通入350sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节气压至2Pa，真空腔室温度400℃，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，输出的脉冲平均电流75A，频率：100Hz，占空比：10％，沉积AlCrN过渡层20min；

(5)沉积AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层：将工件转架公转转速设定为2r/min，公转带动自转，自转转速是6r/min，偏压调至-100V，通入350sccm的N₂气，调节气压至1.5Pa，真空腔室温度400℃，点燃AlCr靶和AlCrSi靶，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波输出的脉冲平均电流75A，频率：100Hz，占空比：10％，沉积时间1.5h，通过工件架公转在AlCrN过渡层上交替沉积AlCrN中间层与AlCrSiN中间层形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；待真空室温度降至100℃以下，打开真空室取出样品，冷却至室温，形成AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层。

图4是本发明AlCrN、AlCrSiN、AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的XRD图；其中单层AlCrN涂层和AlCrSiN涂层的制备工艺和多层AlCrN/AlCrSiN涂层的制备工艺条件一致。从图4中可以看出，AlCrN、AlCrSiN涂层主要显示出(111)(200)(220)三个取向的fcc-CrN，而AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层分别表现出单相立方和立方纤锌矿结构，表明Si加入降低了CrN中AlN的亚稳溶解极限。且为发现Si₃N₄的衍射峰，表明为非晶结构，可推测AlCrSiN纳米复合结构由非晶的Si₃N₄包裹着纳米晶的(Al，Cr)N构成；相干应变和内部能量在多层涂层的相干和非相干生长中起着关键作用，其中通过模板效应的相干生长可以使界面能量最小化。

实施例4

一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层，该涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；所述过渡层附着在WC-Co硬质合金或高速钢刀具衬底基体上，厚度为0.25μm的AlCrN涂层；所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层附着在过渡层上，厚度为3μm。所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的成分为Al：24at.％，Cr：19at.％，Si：4at.％，N：53at.％；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层是由调制比为1:1.5的AlCrN中间层与AlCrSiN中间层交替沉积而成，调制周期为15～20nm。

上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，是采用脉冲电弧离子镀技术，涂层制备具体步骤如下：

(1)基体前处理：将刀具基体喷砂抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗15min，而后用烘干炉烘干后装入真空腔室内，置于工件转架上；打开加热器将腔室升温至450℃，将真空室抽真空至真空度5.0×10^-3Pa以下；

(2)脉冲刻蚀：通入150sccm的Ar气和80sccm的Kr气，设置工件转架偏压-800V，频率为200kHz，对基体表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间15min；

(3)直流刻蚀：通入150sccm的Ar气和100sccm的Kr气，设置工件转架偏压-200V，设定离子源电流为25A，对基体表面进行直流刻蚀，刻蚀时间40min。

(4)沉积AlCrN过渡层：将工件转架偏压调至-120V，通入350sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节气压至2Pa，真空腔室温度400℃，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，输出的脉冲平均电流70A，频率：10Hz，占空比：5％，沉积AlCrN过渡层20min；

(5)沉积AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层：将工件转架公转转速设定为3r/min，公转带动自转，自转转速是9r/min，偏压调至-120V，通入350sccm的N₂气，调节气压至2Pa，真空腔室温度400℃，点燃AlCr靶和AlCrSi靶，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波输出的脉冲平均电流70A，频率：10Hz，占空比：5％，沉积时间2h，通过工件架公转在AlCrN过渡层上交替沉积AlCrN中间层与AlCrSiN中间层形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；待真空室温度降至100℃以下，打开真空室取出样品，冷却至室温，形成AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层。

图5是本实施例AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层在1100℃下氧化2小时后截面形貌和相应的EDS线扫描分析；从图5中可以出1100℃下氧化2小时后的氧化层厚度只有0.7μm左右，由于表面生成了致密的(Al，Cr)₂O₃和SiO₂氧化膜，阻挡了氧气的进入，使其具有优异的高温氧化性能。

实施例5

一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层，该涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；所述过渡层附着在WC-Co硬质合金或高速钢刀具衬底基体上，厚度为0.6μm的AlCrN涂层；所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层附着在过渡层上，厚度为4μm。所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的成分为Al：23at.％，Cr：14at.％，Si：8at.％，N：55at.％；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层是由调制比为1:1.5的AlCrN中间层与AlCrSiN中间层交替沉积而成，调制周期为18～23nm。

上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，是采用脉冲电弧离子镀技术，涂层制备具体步骤如下：

(1)基体前处理：将刀具基体喷砂抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗15min，而后用烘干炉烘干后装入真空腔室内，置于工件转架上；打开加热器将腔室升温至450℃，将真空室抽真空至真空度5.0×10^-3Pa以下；

(2)脉冲刻蚀：通入150sccm的Ar气和80sccm的Kr气，设置工件转架偏压-800V，频率为200kHz，对基体表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间15min；

(3)直流刻蚀：通入150sccm的Ar气和100sccm的Kr气，设置工件转架偏压-200V，设定离子源电流为25A，对基体表面进行直流刻蚀，刻蚀时间40min。

(4)沉积AlCrN过渡层：将工件转架偏压调至-120V，通入350sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节气压至2Pa，真空腔室温度400℃，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，输出的脉冲平均电流70A，频率：50Hz，占空比：10％，沉积AlCrN过渡层30min；

(5)沉积AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层：将工件转架公转转速设定为2.5r/min，公转带动自转，自转转速是7.5r/min，偏压调至-120V，通入350sccm的N₂气，调节气压至2Pa，真空腔室温度400℃，点燃AlCr靶和AlCrSi靶，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波输出的脉冲平均电流80A，频率：50Hz，占空比：10％，沉积时间2.5h，通过工件架公转在AlCrN过渡层上交替沉积AlCrN中间层与AlCrSiN中间层形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；待真空室温度降至100℃以下，打开真空室取出样品，冷却至室温，形成AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层。

图6是本实施例AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层在RT、600℃和800℃下的摩擦曲线图；由图6可看出，随着摩擦温度的升高，摩擦系数减小；在800℃下具有较低摩擦系数。表明AlCrN/AlCrSiN涂层具有较好的减磨耐磨性能

实施例6

一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层，该涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；所述过渡层附着在WC-Co硬质合金或高速钢刀具衬底基体上，厚度为0.5μm的AlCrN涂层；所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层附着在过渡层上，厚度为5μm。所述AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层的成分为Al：19at.％，Cr：22at.％，Si：8at.％，N：51at.％；AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层是由调制比为1:1.5的AlCrN中间层与AlCrSiN中间层交替沉积而成，调制周期为10～15nm。

上述AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层的制备方法，是采用脉冲电弧离子镀技术，涂层制备具体步骤如下：

(1)基体前处理：将刀具基体喷砂抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗15min，而后用烘干炉烘干后装入真空腔室内，置于工件转架上；打开加热器将腔室升温至450℃，将真空室抽真空至真空度5.0×10^-3Pa以下；

(2)脉冲刻蚀：通入150sccm的Ar气和80sccm的Kr气，设置工件转架偏压-800V，频率为200kHz，对基体表面进行脉冲刻蚀，刻蚀时间15min；

(3)直流刻蚀：通入150sccm的Ar气和100sccm的Kr气，设置工件转架偏压-200V，设定离子源电流为25A，对基体表面进行直流刻蚀，刻蚀时间40min。

(4)沉积AlCrN过渡层：将工件转架偏压调至-150V，通入350sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节气压至3Pa，真空腔室温度350℃，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波，输出的脉冲平均电流60A，频率：200Hz，占空比：3％，沉积AlCrN过渡层40min；

(5)沉积AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层涂层：将工件转架公转转速设定为4r/min，公转带动自转，自转转速是12r/min，偏压调至-150V，通入350sccm的N₂气，调节气压至3Pa，真空腔室温度350℃，点燃AlCr靶和AlCrSi靶，脉冲电弧电源输出电流波形为矩形波输出的脉冲平均电流60A，频率：200Hz，占空比：3％，沉积时间3h，通过工件架公转在AlCrN过渡层上交替沉积AlCrN中间层与AlCrSiN中间层形成AlCrN/AlCrSiN纳米复合多层功能层；待真空室温度降至100℃以下，打开真空室取出样品，冷却至室温，形成AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层。涂层检测结果表明：划痕法检测结合力达到70N以上。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。