CN102296269B - 一种硬质涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种硬质涂层及其制备方法。所述硬质涂层包括形成在基底上的Cr金属涂层以及在Cr金属涂层上由MeN和CrAlN形成的MeN-CrAlN涂层，Me为W和V中的一种或两种。根据本发明的硬质涂层具有优异的硬度特性和润滑特性。

Description

一种硬质涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于表面工程技术，具体地讲，涉及一种具有高温自润滑功能的硬质涂层及其制备方法。

背景技术

随着制造业发展需求的变化，对切削加工的要求日趋提高。目前，高速、高效、高精度、智能和环保的绿色加工技术成为机械制造业的追求目标。高效的切削工具是保证绿色加工技术发展的关键因素。

在技术上而言，改善切削工具(例如，刀具)设计、制造工艺和材料存在很大的困难。为了满足现代切削加工对刀具性能的要求，开发了刀具涂层技术。刀具涂层技术的使用可大幅度地提高切削刀具的综合性能，使切削工具使用寿命延长大约2-3倍，并使加工效率提高大约50％。近年来，又提出了摩擦学涂层设计的概念，摩擦学涂层设计在理论上可有效地改善切削刀具的高温性能，使具有涂层的切削刀具可以应用于高速、环保的绿色切削加工技术。

绿色切削加工技术在不使用或只使用少量切削液的条件下进行高速切削，从而可以保护环境和降低成本。在绿色切削加工的高速切削过程中会不可避免地存在2个摩擦副，即，由前刀面与切屑组成的摩擦副和由后刀面与工件组成的摩擦副。因此，刀具的前刀面与切屑及其后刀面与工件接触并发生强烈的摩擦，其中，在接触区的压力可高达1GPa以上，切削温度可高达1000℃以上。在这种无润滑剂、高速摩擦和高温条件下，现有的硬质涂层材料极易氧化、磨损而失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种具有高温自润滑性能、抗氧化和/或抗磨损的硬质涂层以及该硬质涂层的制备方法。

本发明的一方面提供了一种硬质涂层，所述硬质涂层包括形成在基底上的Cr金属涂层以及在Cr金属涂层上由MeN和CrAlN形成的MeN-CrAlN涂层，Me为W和V中的一种或两种。

根据本发明的实施例，Cr金属涂层的厚度可以为10nm-100nm，优选地，Cr金属涂层的厚度可以为20nm-60nm。MeN-CrAlN涂层的厚度可以为1μm-5μm，优选地，MeN-CrAlN涂层的厚度可以为2μm-3μm。

根据本发明的实施例，MeN-CrAlN涂层可以是Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层，其中，a+b+c＝1，0.1≤a≤0.7，0.2≤b≤0.7，0.2≤c≤0.6，优选地，0.2≤a≤0.5，0.4≤b≤0.7，0.2≤c≤0.5。

根据本发明的实施例，MeN-CrAlN涂层可以包括多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元，其中，0.1≤x≤0.7，优选地，0.3≤x≤0.5。

根据本发明的实施例，每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度可以为5nm-20nm，在每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比可以在1-10的范围内。优选地，每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度可以为10nm-15nm，在每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比可以在3-6的范围内。

根据本发明的实施例，MeN-CrAlN涂层的硬度可以大于或等于30GPa，MeN-CrAlN涂层在700℃时的摩擦系数可以小于或等于0.25。

本发明的另一方面提供了一种上述硬质涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：a)对基体进行清洁；b)在磁控溅射设备中和惰性气体气氛下将基体加热至25℃-400℃；c)通过Cr靶在基体上溅射Cr金属涂层；d)通过Cr靶、Al靶和Me靶在氮气和惰性气体的气氛下在Cr金属涂层上溅射MeN-CrAlN涂层，Me为W和V中的一种或两种。

根据本发明的实施例，Cr金属涂层的厚度可以为10nm-100nm，优选地，Cr金属涂层的厚度可以为20nm-60nm。MeN-CrAlN涂层的厚度可以为1μm-5μm，优选地，MeN-CrAlN涂层的厚度可以为2μm-3μm。

根据本发明的实施例，在步骤d中同时溅射Cr、Al和Me以形成Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层，其中，a+b+c＝1，0.1≤a≤0.7，0.2≤b≤0.7，0.2≤c≤0.6。在步骤d中，Cr靶的功率密度可以为0.8W/cm²-4.0W/cm²，Al靶的功率密度可以为0.5W/cm²-4.0W/cm²，Me靶的功率密度可以为0.5W/cm²-4.0W/cm²。

根据本发明的实施例，在步骤d中重复地执行以下步骤：首先同时溅射Cr和Al以形成Cr_xAl_1-xN涂层，然后溅射Me以形成MeN涂层，从而形成多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元，其中，0.1≤x≤0.7。每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度可以为5nm-20nm，在每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比可以在1-10的范围内。在步骤d中，Cr靶的功率密度可以为0.8W/cm²-4.0W/cm²，Al靶的功率密度可以为0.5W/cm²-4.0W/cm²，Me靶的功率密度可以为0.5W/cm²-4.0W/cm²。

根据本发明的实施例，在步骤c和/或d中，可以对基体施加0V至-300V的负偏压。

根据本发明的实施例，Cr靶、Al靶和Me靶的纯度高于99.9％，惰性气体和氮气的纯度高于99.99％。

根据本发明的硬质涂层具有优良的高温自润滑性能，并且/或者具有优良的抗氧化性能和力学性能。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的具有多个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的硬质涂层的示意图。

具体实施方式

下面将详细地描述本发明的示例性实施例。然而，这些实施例是示例性的，本发明不限于这些实施例。

根据本发明的实施例的硬质涂层可以包括金属过渡涂层和自润滑硬质涂层。金属过渡涂层为形成在基体(即，切削工具)上的Cr金属涂层，Cr金属涂层可以提高硬质涂层与基体间的结合强度。自润滑硬质涂层包括形成在Cr金属涂层上的CrAlN硬质部分和具有高温自润滑功能的MeN润滑部分，其中，Me为W和V中的一种或两种。这样的自润滑硬质涂层可以表示为MeN-CrAlN涂层。这里，MeN表示Me的氮化物，CrAlN表示Cr和Al的氮化物。

在一些实施例中，Cr金属涂层的厚度可以为10nm-100nm，优选地，Cr金属涂层的厚度可以为20nm-60nm。厚度在上述范围内的Cr金属涂层可以有效地提高硬质涂层与基底之间的结合强度，且不会影响根据本发明的硬质涂层的整体效果。在一些实施例中，MeN-CrAlN涂层的厚度可以为1μm-5μm，优选地，MeN-CrAlN涂层的厚度可以为2μm-3μm。厚度在上述范围内的MeN-CrAlN涂层对基底能够起到保护作用，同时确保应力残余较小，提高根据本发明的硬质涂层的使用寿命。

下面将描述根据本发明实施例硬质涂层的MeN-CrAlN涂层中的CrAlN硬质部分和具有高温自润滑功能的MeN润滑部分的存在形式。

在一些实施例中，MeN-CrAlN涂层可以是Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层，即，可以是通过在氮气气氛下同时溅射Cr、Al和Me形成的Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层。也就是说，CrAlN硬质部分和具有高温自润滑功能的MeN润滑部分相互混合地形成在同一层中。其中，在Cr_aAl_bMe_cN式中，a+b+c＝1，0.1≤a≤0.7，0.2≤b≤0.7，0.2≤c≤0.6，优选地，0.2≤a≤0.5，0.4≤b≤0.7，0.2≤c≤0.5。如上所述，Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层形成在Cr金属涂层上，Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层的厚度可以为1μm-5μm，优选地为2μm-3μm。

在一些实施例中，MeN-CrAlN涂层包括多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元，其中，0.1≤x≤0.7，优选地，0.3≤x≤0.5。即，可以在氮气气氛下反复地执行以下步骤：首先溅射Cr和Al以在Cr金属涂层上形成Cr_xAl_1-xN硬质部分(即，CrAlN涂层)，然后溅射Me以在Cr_xAl_1-xN涂层上形成MeN润滑部分，从而形成具有多个叠置的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的硬质涂层。

图1是根据本发明一些实施例的具有多个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的硬质涂层的结构。如图1中所示，根据本发明示例性实施例的硬质涂层包括Cr金属涂层和形成在Cr金属涂层上的由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层形成的多层结构，其中，Cr_xAl_1-xN涂层直接地形成在Cr金属涂层上。MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层形成上述的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元。

在一些实施例中，每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度可以为5nm-20nm，优选地为10nm-15nm。在每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比可以在1-10的范围内，优选地在3-6的范围内。当MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度为5nm-20nm时，能够防止裂纹扩展，提高涂层的硬度和断裂韧性。当Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比在1-10的范围内时，既能够保证涂层的硬度和抗氧化能力，又能够保证涂层在高温条件下产生足够的润滑剂以降低体系摩擦系数。

根据本发明的硬质涂层具有较高的硬度和弹性模量，并具有较高的抗氧化性能。具体地讲，在低于1000℃的低温下，MeN-CrAlN涂层可被氧化形成固溶有Al的CrO保护膜，可有效地防止低温氧化并可有效地防腐蚀；在温度高于1000℃时，由于MeN-CrAlN涂层中富含Al，所以MeN-CrAlN涂层表面可以形成具有优异保护性的Al₂O₃膜，从而实现提高涂层抗氧化能力的目的。

根据本发明的硬质涂层，MeN-CrAlN涂层中的Me金属(W和/或V)在高温条件易被氧化形成缺氧型氧化物(Me_nO_2n-1，Me_nO_3n-1以及Me_nO_3n-2)，所形成的缺氧型氧化物具有易于滑动的剪切面，从而能够保证体系拥有较低的摩擦系数。另外，当Me金属为V时，V在450℃的温度下可被氧化成熔点为大约685℃的V₂O₅。因此，在切削过程中，根据本发明实施例的硬质涂层中的V会因切削产生的高温而被氧化成熔融的V₂O₅，熔融的V₂O₅可在硬质涂层表面形成润滑膜，使切削工具的摩擦系数降低。根据本发明示例性实施例的硬质涂层中的VN-CrAlN层在700℃时的摩擦系数小于或等于0.25。

此外，根据本发明示例性实施例的硬质涂层中的MeN-CrAlN涂层具有优良的力学特性。MeN-CrAlN涂层的硬度大于或等于30GPa。具体地讲，Cr_aAl_bV_cN复合物涂层的硬度为30GPa～35GPa；VN/Cr_xAl_1-xN涂层的硬度为35GPa～40GPa；Cr_aAl_bW_cN复合物涂层的硬度为32GPa～38GPa；WN/Cr_xAl_1-xN涂层的硬度为36GPa～40GPa。

下面将描述根据本发明示例性实施例的硬质涂层的制备方法。

首先，对基体进行清洁。具体地讲，在一些实施例中，首先将基体置于碱性金属清洗液中煮沸1h-2h进行表面除油，然后在室温下将基体置于丙酮中超声处理20min-30min，将处理后的基体放入去离子水中超声处理10min-20min，然后将基体放入无水乙醇中进行脱水处理，最后进行干燥。然而，本发明不限于此，可以以其他方法对基体进行清洁。

然后，在磁控溅射设备中在惰性气体气氛下将基体加热至25℃-400℃。具体地讲，在一些实施例中，将经过清洗后的基体装入磁控溅射设备中；抽真空至真空度小于5×10^-4Pa；通入惰性气体，使真空度维持在0.1Pa-1Pa；启动加热装置，将基体加热至25℃-400℃。这里，惰性气体可以是氩气，但本发明不限于此。

然后，通过Cr靶在基体上溅射Cr金属涂层。具体地讲，在一些实施例中，打开连接在Cr靶上的直流电源，在功率密度为0.8W/cm²-4.0W/cm²下溅射10min-30min从而形成Cr金属涂层。为提高金属过渡涂层与基体间的结合强度，可以对基体施加0V至-300V的负偏压。

然后，通过Cr靶、Al靶和Me靶在氮气和惰性气体的混合气体气氛下在Cr金属涂层上溅射MeN-CrAlN涂层。具体地讲，在一些实施例中，关闭Cr靶前挡板，打开N₂进气阀充入氮气使惰性气体和氮气的气体流量比为5∶1-1∶5，并将溅射室压力调节至0.1Pa-1Pa。然后打开连接Al靶和V靶的直流电源以与Cr靶共溅射制备MeN-CrAlN涂层。可以通过调节各靶的功率密度来改变涂层中各元素的含量。具体地讲，Cr靶的功率密度可以为0.8W/cm²-4.0W/cm²，Al靶的功率密度可以为0.5W/cm²-4.0W/cm²，Me靶的功率密度可以为0.5W/cm²-4.0W/cm²。这里，可以采用流量计控制氮气和惰性气体的流量，氮气的流量可以为1sccm-25sccm，惰性气体的流量可以为5sccm-40sccm。此外，为提高涂层力学性能及涂层与基体间的结合强度，可以施加0V至-300V的负偏压。

当制备Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层时，可以同时溅射Cr、Al和Me。当制备具有MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的MeN-CrAlN涂层时，反复地执行如下步骤：首先溅射Cr和Al，然后溅射Me。在制备具有多个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的MeN-CrAlN涂层时，可以通过调节各靶的功率和靶前挡板的开闭时间来实现Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度及元素含量的控制。

根据本发明的示例性实施例，使用的Cr靶、Al靶和Me靶的纯度高于99.9％，使用的惰性气体和氮气的纯度高于99.99％。

下面描述根据本发明的具体实施例。

实施例1

将高速钢基体置于碱性金属清洗液中煮沸1h以进行表面除油；在室温下将基体置于丙酮中超声处理20min；将处理后的基体放入去离子水中超声处理15min；将基体放入无水乙醇中脱水处理并进行干燥。

将清洗后的基体放入磁控溅射镀膜设备中，抽真空至真空度为5×10^-4Pa，然后将基体加热至300℃。

打开进气阀充入30sccm的氩气，并通过调节闸板阀将真空度调节至0.4Pa。打开连接Cr靶的直流电源，在1.5W/cm²的功率密度下溅射20min，从而形成厚度为大约20nm的Cr金属过渡层。

打开氮气进气阀充入5sccm的氮气，通过质量流量计将氩气流量调节至25sccm，并通过调节闸板阀将真空度调节至0.4Pa。打开连接V靶和Al靶的直流电源以与Cr靶共溅射来形成Cr_aAl_bV_cN复合层。其中，Cr靶、Al靶和V靶的功率密度分别为1.5W/cm²、2W/cm²和1W/cm²，溅射时间为2h。开始溅射后对高速钢基体施加-100V的负偏压。

经检测，Cr_aAl_bV_cN复合物涂层为Cr_0.3Al_0.5V_0.2N复合物涂层。Cr_0.3Al_0.5V_0.2N复合物涂层的硬度为31GPa，厚度为1.5μm，在700℃时Cr_0.3Al_0.5V_0.2N复合物涂层的摩擦系数为0.25。

实施例2

将高速钢基体置于碱性金属清洗液中煮沸1.5h以进行表面除油；在室温下将基体置于丙酮中超声处理25min；将处理后的基体放入去离子水中超声处理20min；将基体放入无水乙醇中脱水处理并进行干燥。

将清洗后的基体放入磁控溅射镀膜设备中，抽真空至真空度为4×10^-4Pa，然后将基体加热至350℃。

打开进气阀充入40sccm的氩气，并通过调节闸板阀将真空度调节至1Pa。打开连接Cr靶的直流电源，在0.8W/cm²的功率密度下溅射10min，从而形成厚度为大约10nm的Cr金属过渡层。

打开氮气进气阀充入6sccm的氮气，通过质量流量计将氩气流量调节至24sccm，并通过调节闸板阀将真空度调节至1Pa。打开连接W靶和Al靶的直流电源以与Cr靶共溅射来形成Cr_aAl_bW_cN复合层。其中，Cr靶、Al靶和W靶的功率密度分别为1W/cm²、1.8W/cm²和1.5W/cm²，溅射时间为2.5h。开始溅射后，对高速钢基体施加-150V的负偏压。

经检测，Cr_aAl_bW_cN复合物涂层为Cr_0.2Al_0.6W_0.2N复合物涂层。Cr_0.2Al_0.6W_0.2N复合物涂层的硬度为35GPa，厚度为2μm，在700℃时Cr_0.2Al_0.6W_0.2N复合物涂层的摩擦系数为0.2。

实施例3

将高速钢基体置于碱性金属清洗液中煮沸2h以进行表面除油；在室温下将基体置于丙酮中超声处理30min；将处理后的基体放入去离子水中超声处理20min；将基体放入无水乙醇中脱水处理并进行干燥。

将清洗后的基体放入磁控溅射镀膜设备中，抽真空至真空度为4.4×10^-4Pa，然后将基体加热至380℃。

打开进气阀充入5sccm的氩气，并通过调节闸板阀将真空度调节至0.1Pa。打开连接Cr靶的直流电源，在4W/cm²的功率密度下溅射20min，从而形成厚度为100nm的Cr金属过渡层。

打开氮气进气阀充入6sccm的氮气，通过质量流量计将氩气流量调节至18sccm，并通过调节闸板阀将真空度调节至0.5Pa。打开连接Cr靶和Al靶的直流电源并关闭V靶前的挡板，溅射30s以形成Cr_xAl_1-xN涂层；然后关闭Cr靶和Al靶前的挡板并打开V靶前的挡板，溅射30s以形成VN涂层。交替地进行上述溅射Cr_xAl_1-xN涂层和溅射涂VN层的步骤3h，从而形成具有多个VN/Cr_xAl_1-xN重复单元的硬质涂层。其中，Cr靶、Al靶和V靶的功率密度分别为2.4W/cm²、3.0W/cm²和4W/cm²，开始溅射后，对高速钢基体施加-100V的负偏压。

经检测，VN/Cr_xAl_1-xN重复单元为VN/Cr_0.4Al_0.6N重复单元。具有VN/Cr_0.4Al_0.6N重复单元的涂层的硬度为38GPa，厚度为2.2μm；每个VN/Cr_0.4Al_0.6N重复单体的厚度为10nm；在每个VN/Cr_0.4Al_0.6N重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和VN涂层的厚度比大约为4；在700℃时具有VN/Cr_0.4Al_0.6N重复单体的涂层的摩擦系数为0.18。

实施例4

将高速钢基体置于碱性金属清洗液中煮沸1.5h以进行表面除油；在室温下将基体置于丙酮中超声处理25min；将处理后的基体放入去离子水中超声处理20min；将基体放入无水乙醇中脱水处理并进行干燥。

将清洗后的基体放入磁控溅射镀膜设备中，抽真空至真空度为3.5×10^-4Pa，然后将基体加热至400℃。

打开进气阀充入35sccm的氩气，并通过调节闸板阀将真空度调节至0.4Pa。打开连接Cr靶的直流电源，在3.5W/cm²的功率密度下溅射15min，从而形成厚度为60nm的Cr金属过渡层。

打开氮气进气阀充入10sccm的氮气，通过质量流量计将氩气流量调节至30sccm，并通过调节闸板阀将真空度调节至0.4Pa。打开连接Cr靶和Al靶的直流电源并关闭W靶前的挡板，溅射20s以形成Cr_xAl_1-xN涂层；然后关闭Cr靶和Al靶前的挡板并打开W靶前的挡板，溅射20s以形成WN涂层。交替地进行上述溅射Cr_xAl_1-xN涂层和溅射WN涂层的步骤3h，从而形成具有WN/Cr_xAl_1-xN重复单元的硬质涂层。其中，Cr靶、Al靶和W靶的功率密度分别为2.0W/cm²、3.0W/cm²和4W/cm²，开始溅射后，对高速钢基体施加-100V的负偏压。

经检测，WN/Cr_xAl_1-xN重复单元为WN/Cr_0.3Al_0.7N重复单元。具有WN/Cr_0.3Al_0.7N重复单元的WN-CrAlN涂层的硬度为37GPa，厚度为2.3μm；在每个WN/Cr_xA1_1-xN重复单元中，Cr_xA1_1-xN涂层和WN涂层的厚度比为大约4.5；在700℃时具有WN/Cr_0.3Al_0.7N重复单体的涂层的摩擦系数为0.15。每个WN/Cr_0.3Al_0.7N重复单元的厚度为12nm。

通过上面对本发明具体示例性实施例的描述可以看出，根据本发明示例性实施例的硬质涂层具有优异的硬度性能和润滑性能。

Claims (22)

1.一种硬质涂层，其特征在于，所述硬质涂层包括形成在基底上的Cr金属涂层以及在Cr金属涂层上由MeN和CrAlN形成的MeN-CrAlN涂层，Me为W和V中的一种或两种，其中，

MeN-CrAlN涂层是Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层，其中，a+b+c=1，0.1≤a≤0.7，0.2≤b≤0.7，0.2≤c≤0.6；或者

MeN-CrAlN涂层包括多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元，其中，0.1≤x≤0.7。

2.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，Cr金属涂层的厚度为10nm-100nm。

3.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，Cr金属涂层的厚度为20nm-60nm。

4.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，MeN-CrAlN涂层的厚度为1μm-5μm。

5.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，MeN-CrAlN涂层的厚度为2μm-3μm。

6.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，当MeN-CrAlN涂层是Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层时，0.2≤a≤0.5，0.4≤b≤0.7，0.2≤c≤0.5。

7.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，当MeN-CrAlN涂层包括多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元时，0.3≤x≤0.5。

8.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，当MeN-CrAlN涂层包括多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元时，每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度为5nm-20nm，在每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比在1-10的范围内。

9.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，当MeN-CrAlN涂层包括多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元时，每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度为10nm-15nm，在每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比在3-6的范围内。

10.如权利要求1所述的硬质涂层，其特征在于，MeN-CrAlN涂层的硬度大于或等于30GPa，MeN-CrAlN涂层在700℃时的摩擦系数小于或等于0.25。

11.一种如权利要求1所述的硬质涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

a）对基体进行清洁；

b）在磁控溅射设备中和惰性气体气氛下将基体加热至25℃-400℃；

c）通过Cr靶在基体上溅射Cr金属涂层；

d）通过Cr靶、Al靶和Me靶在氮气和惰性气体的混合气体气氛下在Cr金属涂层上溅射MeN-CrAlN涂层，Me为W和V中的一种或两种。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，Cr金属涂层的厚度为10nm-100nm。

13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，Cr金属涂层的厚度为20nm-60nm。

14.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，MeN-CrAlN涂层的厚度为1μm-5μm。

15.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，MeN-CrAlN涂层的厚度为2μm-3μm。

16.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在步骤d中同时溅射Cr、Al和Me以形成Cr_aAl_bMe_cN复合物涂层，其中，a+b+c=1，0.1≤a≤0.7，0.2≤b≤0.7，0.2≤c≤0.6。

17.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，在步骤d中，Cr靶的功率密度为0.8W/cm²-4.0W/cm²，Al靶的功率密度为0.5W/cm²-4.0W/cm²，Me靶的功率密度为0.5W/cm²-4.0W/cm²。

18.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在步骤d中重复地执行以下步骤：首先同时溅射Cr和Al以形成Cr_xAl_1-xN涂层，然后溅射Me以形成MeN涂层，从而形成多个由MeN涂层和Cr_xAl_1-xN涂层叠置形成的MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元，其中，0.1≤x≤0.7。

19.如权利要求18所述的制备方法，其特征在于，每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元的厚度为5nm-20nm，在每个MeN/Cr_xAl_1-xN重复单元中，Cr_xAl_1-xN涂层和MeN涂层的厚度比在1-10的范围内。

20.如权利要求18所述的制备方法，其特征在于，在步骤d中，Cr靶的功率密度为0.8W/cm²-4.0W/cm²，Al靶的功率密度为0.5W/cm²-4.0W/cm²，Me靶的功率密度为0.5W/cm²-4.0W/cm²。

21.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在步骤c和/或d中，对基体施加0V至-300V的负偏压。

22.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，Cr靶、Al靶和Me靶的纯度高于99.9%，惰性气体和氮气的纯度高于99.99%。

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