CN102676991B - Pvd技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂层技术领域，具体涉及PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，该PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，包括以下步骤：a、工模具表面的预处理；b、工模具的预加热；c、工模具表面的清洗刻蚀；d、TiN膜层的镀制；e、(TiN+CrN)膜层的镀制；f、CrAlN膜层的镀制。该工艺所制备的超硬纳米复合多层涂层的内应力小，从而使得所镀制的超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合强度好，结合力>75N；而且，镀制了超硬纳米复合多层涂层的工模具具有红硬性高、抗氧化性高、耐磨性高和价格低的特点。

Description

PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，具体涉及PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺。

背景技术

在工模具表面镀制涂层，能够提高工模具的耐磨性、抗氧化性和红硬性。尤其是用于加工汽车零件和模具的刀具，均需在其表面镀制涂层，才能满足加工要求。

目前，国内在工模具表面镀制的涂层使用较多的是单层多元涂层，例如TiCN系列涂层，这类涂层最大的缺点是涂层与工模具表面的结合强度较低，且涂层中的内应力较大。国外大多使用多层复合涂层，尤其是纳米复合多层结构的涂层，例如：TiN/VN、TiC/TiB2、TiN/Ti2N、TiN/CrN、TiN/CrVN等涂层，这类涂层能够提高涂层与工模具表面的结合力，而且镀制了这类涂层的工模具的红硬性、抗氧化性和耐磨性也较高。但是镀制了这类涂层的工模具，尤其是用于孔加工用的螺旋刃机械铰刀，其价格昂贵，而且其重磨修复成本高，从而使国内企业的生产成本高。

专利申请号为200910193492.X的中国发明专利申请公开了TiN / (TiN+CrN)/CrAlN纳米复合涂层及其制备方法，该纳米复合涂层的涂层结构虽然能使涂层中的内应力有所降低，使涂层与基体的结合力有所提高，但是，该TiN / (TiN+CrN)/CrAlN纳米复合涂层的制备方法中，由于对每层涂层的涂制均为一次性涂制完成，使得涂层中的内应力的降低程度不够理想，从而使得涂层与基体的结合力的提高程度不够理想。

发明内容

本发明的第目的在于针对现有技术的不足，提供PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，利用该PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺所镀制的纳米复合多层涂层的的内应力小，该纳米复合多层涂层与工模具表面的结合强度好；而且镀制了该纳米复合多层涂层的工模具具有红硬性高、抗氧化性高、耐磨性高和价格低的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行超声处理，然后放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，通入Ar气，启动空心阴极电子枪和炉体内的加热装置，空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射工模具的表面以达到加热的目的；

c、工模具表面的清洗刻蚀：通入Ar气，调整空心阴极电子枪的电流值，对工模具施加脉冲偏压；启动阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具表面；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入，同时通入N₂气，然后聚焦空心阴极电子枪的直流电弧于坩埚，先蒸发坩埚中的金属Ti后，关闭空心阴极电子枪，同时关闭Ar气源；分至少两次启动阴极多弧Ti靶，然后对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了TiN膜层；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的5%~10%；

e、 (TiN+CrN)膜层的镀制：继续通入N₂气，分至少两次启动阴极多弧Cr靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr靶；然后调节N₂气流量，分至少两次启动阴极多弧Ti靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了(TiN+CrN)膜层；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的55%~75%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为55%~65%，CrN的相对含量为35%~45%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气流量，分至少两次启动阴极多弧Al靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Al靶；再次调节N₂气流量，分至少两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了CrAlN膜层；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的15%~40%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0~0.5，且x≠0。

优选的，PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1小时~2小时；然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行10分钟~15分钟的超声处理；然后将工模具放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，对镀膜炉抽真空达到4×10^-3Pa后，通入Ar气，并维持真空度为1.0×10^-1Pa~3.0×10^-1Pa；然后启动空心阴极电子枪，并启动镀膜炉内的加热装置；待空心阴极电子枪起弧后，控制空心阴极电子枪的电流为115A ~185A；空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射到工具模具的表面，直到镀膜炉内的温度达到150℃~250℃；

c、工模具表面的清洗刻蚀：继续通入Ar气，并维持真空度为1.0×10^-1Pa~3.0×10^-1Pa；调整空心阴极电子枪的电流为125A ~145A，对工模具施加350V~850V脉冲偏压；然后启动2个~3个阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具的表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具的表面，清洗刻蚀工模具的表面的时间为50分钟~70分钟；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入量，通入N₂气，并调节N₂气的通入量，使镀膜炉内的真空压力增加到2.5×10^-1Pa ~5.5×10^-1Pa；将空心阴极电子枪的直流电弧聚焦于坩埚，控制空心阴极电子枪的电流为135A ~165A，将坩埚中的纯Ti 蒸发5分钟~8分钟后，关闭空心阴极电子枪，且关闭Ar气源；调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为0.5×10^-1Pa ~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Ti靶，Ti靶电流为85A~95A，每次启动至少两个阴极多弧Ti靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为12分钟~35分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为6分钟~12分钟，第一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了TiN膜层；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的5%~10%；

e、(TiN+CrN)膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Cr靶，Cr靶电流为90A ~100A，每次启动3个~4个阴极多弧Cr靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为7分钟~40分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为5分钟~8分钟，第一次启动阴极多弧Cr靶后对工模具施加380V~480V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr靶；再次调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为0.5×10^-1Pa ~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Ti靶，Ti靶电流为85A~95A，每次启动至少两个阴极多弧Ti靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为15分钟~35分钟，每次的施加时间为5分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了(TiN+CrN)膜层；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的55%~75%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为55%~65%，CrN的相对含量为35%~45%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa ~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Al靶，Al靶电流为80A ~90A，每次启动1个~2个阴极多弧Al靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为10分钟~30分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为5分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Al靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Al靶；再次调节N₂气的通入量，保持真空压力为0.5×10^-1Pa~1.0×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，Cr₅₀Al₅₀合金靶电流为80A，每次启动至少两个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为15分钟~20分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为8分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了CrAlN膜层；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的15%~40%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0~0.5，且x≠0。

上述技术方案中，步骤d中，对于阴极多弧Ti靶的启动，分五次进行启动，且Ti靶电流均为85A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第三次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第四次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第五次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶。

上述技术方案中，步骤e中，对于阴极多弧Cr靶的启动，分五次进行启动，且Cr靶电流均为90A；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加480V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第二次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加380V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶；第三次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶；第四次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶；第五次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶。

上述技术方案中，步骤e中，对于阴极多弧Ti靶的启动，分五次进行启动，且Ti靶电流均为90A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动4个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述4个阴极多弧Ti靶；第三次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第四次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第五次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶。

上述技术方案中，步骤f中，对于阴极多弧Al靶的启动，分五次进行启动，且Al靶电流均为90A；其中，第一次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第二次启动1个阴极多弧Al靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述1个阴极多弧Al靶；第三次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第四次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第五次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶。

上述技术方案中，步骤f中，对于阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶的启动，分两次进行启动；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶；第二次启动2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶。

上述技术方案中，在镀制各膜层的过程中，镀膜炉内的室内温度低于380℃。

优选的，所述TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的8%，所述(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的65%，所述CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的27%。

优选的，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为60%，CrN的相对含量为40%；所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0.3。

本发明与现有技术相比较，有益效果在于：

1）本发明采用多源多靶蒸发-溅射的PVD技术（物理气相沉积法）镀制超硬纳米复合多层涂层，容易而且精确地实现涂层的成分调制及含量控制。

2）本发明在镀制超硬纳米复合多层涂层的过程中，采用高纯氮气作为反应气体，空心阴极电子枪既是工模具的加热热源，也是Ti靶材的蒸发源，同时分次使用阴极多弧粒子源溅射各种靶材，通过各种靶、源的组合，能够准确调制涂层的成分结构，且能有效降低涂层的内应力，使得所镀制的超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合强度好，结合力>75N。

3）本发明在制备最外层CrAlN膜层时，使用的阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶能有效降低所镀制的超硬纳米复合多层涂层的内应力，从而增强所镀制的超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合强度。

4）本发明在镀制超硬纳米复合多层涂层得过程中镀膜炉内的室内温度低于380℃，不会对铁基材料组织造成破坏。

5）本发明镀制了超硬纳米复合多层涂层的工模具具有红硬性高、抗氧化性高、耐磨性高和价格低的特点，其中，硬度HV≥37GPa；杨氏弹性模量E≥380Gpa，体现为高耐磨性能；抗氧化温度T≥800℃，800℃大气环境下退火1小时后，显微硬度>25GPa，体现为高抗氧化性能。

6）本发明镀制了超硬纳米复合多层涂层的工模具具有价格低的特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1。

本实施例是PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1小时；然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行10分钟的超声处理；然后将工模具放入纯乙醇溶液中脱水处理后置于150℃的烘箱中干燥70分钟；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，对镀膜炉抽真空达到4×10^-3Pa后，通入Ar气，并维持真空度为1.0×10^-1Pa；然后启动空心阴极电子枪，并启动镀膜炉内的加热装置；待空心阴极电子枪起弧后，控制空心阴极电子枪的电流为115A；空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射到工具模具的表面，直到镀膜炉内的温度达到150℃；

c、工模具表面的清洗刻蚀：继续通入Ar气，并维持真空度为1.0×10^-1Pa；调整空心阴极电子枪的电流为125A，对工模具施加350V脉冲偏压；然后启动2个阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具的表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具的表面，清洗刻蚀工模具的表面的时间为50分钟；其中，清洗刻蚀结束后，镀膜炉内的室内温度不超过300℃；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入量，通入N₂气，并调节N₂气的通入量，使镀膜炉内的真空压力增加到2.5×10^-1Pa；然后聚焦空心阴极电子枪的直流电弧于坩埚，控制空心阴极电子枪的电流为135A，将坩埚中的金属Ti 蒸发5分钟后，关闭空心阴极电子枪，且关闭Ar气源；调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为0.5×10^-1Pa，然后分五次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为85A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第三次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第四次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第五次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了最内层TiN膜层；

其中，本步骤d中，完成前一次启动阴极多弧Ti靶后，紧接着进行下一次启动阴极多弧Ti靶；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的8%；

e、(TiN+CrN)膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa，然后分五次启动阴极多弧Cr靶，且Cr靶电流均为90A；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加480V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第二次启动4个阴极多弧Cr靶后对工模具施加380V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述4个阴极多弧Cr靶；第三次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第四次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第五次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；再次调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为0.5×10^-1Pa，然后分五次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为90A；其中，第一次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第二次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第三次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第四次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第五次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了中间层(TiN+CrN)膜层；

其中，本步骤e中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的65%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为60%，CrN的相对含量为40%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa，然后分五次启动阴极多弧Al靶，且Al靶电流均为90A；其中，第一次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第二次启动1个阴极多弧Al靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述1个阴极多弧Al靶；第三次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第四次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第五次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；再次调节N₂气的通入量，保持真空压力为0.5×10^-1Pa，然后分两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，Cr₅₀Al₅₀合金靶电流为80A；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶；第二次启动2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了最外层CrAlN膜层；

其中，本步骤f中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的27%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0.3。

其中，在镀制最外层CrAlN膜层的过程中，镀膜炉内的室内温度低于380℃。

其中，本发明在镀制最外层CrAlN膜层时，由于采用了阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而使所镀制的超硬纳米复合多层涂层的内应力大大减少，从而提高了超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合强度。

本实施例1所镀制的超硬纳米复合多层涂层的外观呈紫黑色，球磨痕迹测试该超硬纳米复合多层涂层的总厚度为3.7μm，NANO力学探针测试该超硬纳米复合多层涂层硬度为37GPa，声发射划痕仪测试该超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合力为76N。

实施例2。

本实施例是PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为2小时；然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行15分钟的超声处理；然后将工模具放入纯乙醇溶液中脱水处理后置于150℃的烘箱中干燥70分钟；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，对镀膜炉抽真空达到4×10^-3Pa后，通入Ar气，并维持真空度为3.0×10^-1Pa；然后启动空心阴极电子枪，并启动镀膜炉内的加热装置；待空心阴极电子枪起弧后，控制空心阴极电子枪的电流为185A；空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射到工具模具的表面，直到镀膜炉内的温度达到250℃；

c、工模具表面的清洗刻蚀：继续通入Ar气，并维持真空度为3.0×10^-1Pa；调整空心阴极电子枪的电流为145A，对工模具施加850V脉冲偏压；然后启动3个阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具的表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具的表面，清洗刻蚀工模具的表面的时间为70分钟；其中，清洗刻蚀结束后，镀膜炉内的室内温度不超过300℃；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入量，通入N₂气，并调节N₂气的通入量，使镀膜炉内的真空压力增加到5.5×10^-1Pa；然后聚焦空心阴极电子枪的直流电弧于坩埚，控制空心阴极电子枪的电流为165A，将坩埚中的金属Ti 蒸发8分钟后，关闭空心阴极电子枪，且关闭Ar气源；调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为1.5×10^-1Pa，然后分两次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为95A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加12分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了最内层TiN膜层；

其中，本步骤d中，完成第一次启动阴极多弧Ti靶后，紧接着进行第二次启动阴极多弧Ti靶；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的10%；

e、(TiN+CrN)膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.5×10^-1Pa，然后分三次启动阴极多弧Cr靶，且Cr靶电流均为100A；其中，第一次启动4个阴极多弧Cr靶后对工模具施加380V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述4个阴极多弧Cr靶；第二次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第三次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；再次调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为1.5×10^-1Pa，然后分三次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为95A；其中，第一次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第二次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第三次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了中间层(TiN+CrN)膜层；

其中，本步骤e中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的55%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为55%，CrN的相对含量为45%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.5×10^-1Pa，然后分两次启动阴极多弧Al靶，且Al靶电流均为80A；其中，第一次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第二次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；再次调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa，然后分两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，Cr₅₀Al₅₀合金靶电流为80A；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶；第二次启动2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压，施加9分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了最外层CrAlN膜层；

其中，本步骤f中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的35%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0.5。

其中，在镀制最外层CrAlN膜层的过程中，镀膜炉内的室内温度低于380℃。

本实施例2所镀制的超硬纳米复合多层涂层的外观呈紫黑色，球磨痕迹测试该超硬纳米复合多层涂层的总厚度为3.2μm，NANO力学探针测试该超硬纳米复合多层涂层硬度为38GPa，声发射划痕仪测试该超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合力为77N。

实施例3。

本实施例是PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1.5小时；然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行12分钟的超声处理；然后将工模具放入纯乙醇溶液中脱水处理后置于150℃的烘箱中干燥70分钟；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，对镀膜炉抽真空达到4×10^-3Pa后，通入Ar气，并维持真空度为2.0×10^-1Pa；然后启动空心阴极电子枪，并启动镀膜炉内的加热装置；待空心阴极电子枪起弧后，控制空心阴极电子枪的电流为145A；空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射到工具模具的表面，直到镀膜炉内的温度达到200℃；

c、工模具表面的清洗刻蚀：继续通入Ar气，并维持真空度为2.0×10^-1Pa；调整空心阴极电子枪的电流为135A，对工模具施加550V脉冲偏压；然后启动2个阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具的表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具的表面，清洗刻蚀工模具的表面的时间为60分钟；其中，清洗刻蚀结束后，镀膜炉内的室内温度不超过300℃；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入量，通入N₂气，并调节N₂气的通入量，使镀膜炉内的真空压力增加到3.5×10^-1Pa；然后聚焦空心阴极电子枪的直流电弧于坩埚，控制空心阴极电子枪的电流为150A，将坩埚中的金属Ti 蒸发6分钟后，关闭空心阴极电子枪，且关闭Ar气源；调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为1.0×10^-1Pa，然后分四次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为90A；其中，第一次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加400V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第二次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第三次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第四次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了最内层TiN膜层；

其中，本步骤d中，完成前一次启动阴极多弧Ti靶后，紧接着进行下一次启动阴极多弧Ti靶；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的5%；

e、(TiN+CrN)膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa，然后分四次启动阴极多弧Cr靶，且Cr靶电流均为95A；其中，第一次启动4个阴极多弧Cr靶后对工模具施加430V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述4个阴极多弧Cr靶；第二次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第三次启动4个阴极多弧Cr靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述4个阴极多弧Cr靶；第四次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；再次调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为1.0×10^-1Pa，然后分四次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为85A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加400V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第三次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加220V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第四次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了中间层(TiN+CrN)膜层；

其中，本步骤e中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的55%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为65%，CrN的相对含量为35%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.2×10^-1Pa，然后分三次启动阴极多弧Al靶，且Al靶电流均为85A；其中，第一次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加400V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第二次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第三次启动1个阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述1个阴极多弧Al靶；再次调节N₂气的通入量，保持真空压力为0.8×10^-1Pa，然后分两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，Cr₅₀Al₅₀合金靶电流为80A；其中，第一次启动2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶；第二次启动3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压，施加9分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了最外层CrAlN膜层；

其中，本步骤f中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的40%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0.1。

其中，在镀制最外层CrAlN膜层的过程中，镀膜炉内的室内温度低于380℃。

本实施例3所镀制的超硬纳米复合多层涂层的外观呈紫黑色，球磨痕迹测试该超硬纳米复合多层涂层的总厚度为4.1μm，NANO力学探针测试该超硬纳米复合多层涂层硬度为39GPa，声发射划痕仪测试该超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合力为79N。

实施例4。

本实施例是PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1.8小时；然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行13分钟的超声处理；然后将工模具放入纯乙醇溶液中脱水处理后置于150℃的烘箱中干燥70分钟；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，对镀膜炉抽真空达到4×10^-3Pa后，通入Ar气，并维持真空度为2.5×10^-1Pa；然后启动空心阴极电子枪，并启动镀膜炉内的加热装置；待空心阴极电子枪起弧后，控制空心阴极电子枪的电流为155A；空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射到工具模具的表面，直到镀膜炉内的温度达到220℃；

c、工模具表面的清洗刻蚀：继续通入Ar气，并维持真空度为2.5×10^-1Pa；调整空心阴极电子枪的电流为140A，对工模具施加650V脉冲偏压；然后启动3个阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具的表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具的表面，清洗刻蚀工模具的表面的时间为65分钟；其中，清洗刻蚀结束后，镀膜炉内的室内温度不超过300℃；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入量，通入N₂气，并调节N₂气的通入量，使镀膜炉内的真空压力增加到4.0×10^-1Pa；然后聚焦空心阴极电子枪的直流电弧于坩埚，控制空心阴极电子枪的电流为140A，将坩埚中的金属Ti 蒸发7分钟后，关闭空心阴极电子枪，且关闭Ar气源；调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为1.2×10^-1Pa，然后分三次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为92A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加420V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加330V的脉冲偏压，施加12分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第三次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加9分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了最内层TiN膜层；

其中，本步骤d中，完成前一次启动阴极多弧Ti靶后，紧接着进行下一次启动阴极多弧Ti靶；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的10%；

e、(TiN+CrN)膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.3×10^-1Pa，然后分六次启动阴极多弧Cr靶，且Cr靶电流均为97A；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第二次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加400V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第三次启动4个阴极多弧Cr靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述4个阴极多弧Cr靶；第四次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第五次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第六次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；再次调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为1.2×10^-1Pa，然后分四次启动阴极多弧Ti靶，且Ti靶电流均为92A；其中，第一次启动4个阴极多弧Ti靶后对工模具施加400V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述4个阴极多弧Ti靶；第二次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第三次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加230V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第四次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了中间层(TiN+CrN)膜层；

其中，本步骤e中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的75%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为58%，CrN的相对含量为42%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.4×10^-1Pa，然后分四次启动阴极多弧Al靶，且Al靶电流均为88A；其中，第一次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加430V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第二次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加360V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第三次启动1个阴极多弧Al靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述1个阴极多弧Al靶；第四次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；再次调节N₂气的通入量，保持真空压力为0.6×10^-1Pa，然后分两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，Cr₅₀Al₅₀合金靶电流为80A；其中，第一次启动4个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述4个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶；第二次启动2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压，施加9分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了最外层CrAlN膜层；

其中，本步骤f中，完成前一次启动阴极多弧靶源后，紧接着进行下一次启动阴极多弧靶源；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的15%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0.2。

其中，在镀制最外层CrAlN膜层的过程中，镀膜炉内的室内温度低于380℃。

本实施例4所镀制的超硬纳米复合多层涂层的外观呈紫黑色，球磨痕迹测试该超硬纳米复合多层涂层的总厚度为3.8μm，NANO力学探针测试该超硬纳米复合多层涂层硬度为38GPa，声发射划痕仪测试该超硬纳米复合多层涂层与工模具表面的结合力为78N。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行超声处理，然后放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，通入Ar气，启动空心阴极电子枪和炉体内的加热装置，空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射工模具的表面以达到加热的目的；

c、工模具表面的清洗刻蚀：通入Ar气，调整空心阴极电子枪的电流值，对工模具施加脉冲偏压；启动阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具表面；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入，同时通入N₂气，然后聚焦空心阴极电子枪的直流电弧于坩埚，先蒸发坩埚中的金属Ti后，关闭空心阴极电子枪，同时关闭Ar气源；分至少两次启动阴极多弧Ti靶，Ti靶电流为85A~95A，每次启动至少两个阴极多弧Ti靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为12分钟~35分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为6分钟~12分钟，第一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了TiN膜层；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的5%~10%；

e、 (TiN+CrN)膜层的镀制：继续通入N₂气，分至少两次启动阴极多弧Cr靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr靶；然后调节N₂气流量，分至少两次启动阴极多弧Ti靶，Ti靶电流为85A~95A，每次启动至少两个阴极多弧Ti靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为15分钟~35分钟，每次的施加时间为5分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了(TiN+CrN)膜层；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的55%~75%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为55%~65%，CrN的相对含量为35%~45%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气流量，分至少两次启动阴极多弧Al靶，Al靶电流为80A ~90A，每次启动1个~2个阴极多弧Al靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为10分钟~30分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为5分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Al靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Al靶；再次调节N₂气流量，分至少两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，Cr₅₀Al₅₀合金靶电流为80A，每次启动至少两个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为15分钟~20分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为8分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了CrAlN膜层；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的15%~40%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0~0.5，且x≠0；

通过所述PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺所镀制的超硬纳米复合多层涂层的外观呈紫黑色。

2.根据权利要求1所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，保持煮沸时间为1小时~2小时；然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行10分钟~15分钟的超声处理；然后将工模具放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，对镀膜炉抽真空达到4×10^-3Pa后，通入Ar气，并维持真空度为1.0×10^-1Pa~3.0×10^-1Pa；然后启动空心阴极电子枪，并启动镀膜炉内的加热装置；待空心阴极电子枪起弧后，控制空心阴极电子枪的电流为115A ~185A；空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射到工具模具的表面，直到镀膜炉内的温度达到150℃~250℃；

c、工模具表面的清洗刻蚀：继续通入Ar气，并维持真空度为1.0×10^-1Pa~3.0×10^-1Pa；调整空心阴极电子枪的电流为125A ~145A，对工模具施加350V~850V脉冲偏压；然后启动2个~3个阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具的表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具的表面，清洗刻蚀工模具的表面的时间为50分钟~70分钟；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入量，通入N₂气，并调节N₂气的通入量，使镀膜炉内的真空压力增加到2.5×10^-1Pa ~5.5×10^-1Pa；将空心阴极电子枪的直流电弧聚焦于坩埚，控制空心阴极电子枪的电流为135A ~165A，将坩埚中的纯Ti 蒸发5分钟~8分钟后，关闭空心阴极电子枪，且关闭Ar气源；调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为0.5×10^-1Pa ~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Ti靶，Ti靶电流为85A~95A，每次启动至少两个阴极多弧Ti靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为12分钟~35分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为6分钟~12分钟，第一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了TiN膜层；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的5%~10%；

e、(TiN+CrN)膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Cr靶，Cr靶电流为90A ~100A，每次启动3个~4个阴极多弧Cr靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为7分钟~40分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为5分钟~8分钟，第一次启动阴极多弧Cr靶后对工模具施加380V~480V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr靶；再次调节N₂气的通入量，保持镀膜炉内的真空压力为0.5×10^-1Pa ~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Ti靶，Ti靶电流为85A~95A，每次启动至少两个阴极多弧Ti靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为15分钟~35分钟，每次的施加时间为5分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了(TiN+CrN)膜层；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的55%~75%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为55%~65%，CrN的相对含量为35%~45%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N₂气的通入量，保持真空压力为1.0×10^-1Pa ~1.5×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Al靶，Al靶电流为80A ~90A，每次启动1个~2个阴极多弧Al靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为10分钟~30分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为5分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Al靶后对工模具施加350V~450V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Al靶；再次调节N₂气的通入量，保持真空压力为0.5×10^-1Pa~1.0×10^-1Pa，然后分至少两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，Cr₅₀Al₅₀合金靶电流为80A，每次启动至少两个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加脉冲偏压，至少两次施加脉冲偏压的总时间为15分钟~20分钟，每次的施加脉冲偏压的时间为8分钟~10分钟，第一次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，最后一次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了CrAlN膜层；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的15%~40%；

其中，所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0~0.5，且x≠0。

3.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于：步骤d中，对于阴极多弧Ti靶的启动，分五次进行启动，且Ti靶电流均为85A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加7分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第三次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第四次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶；第五次启动2个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Ti靶。

4.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于：步骤e中，对于阴极多弧Cr靶的启动，分五次进行启动，且Cr靶电流均为90A；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr靶后对工模具施加480V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr靶；第二次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加380V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶；第三次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶；第四次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶；第五次启动2个阴极多弧Cr靶后对工模具施加180V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr靶。

5.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于：步骤e中，对于阴极多弧Ti靶的启动，分五次进行启动，且Ti靶电流均为90A；其中，第一次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第二次启动4个阴极多弧Ti靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述4个阴极多弧Ti靶；第三次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第四次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶；第五次启动3个阴极多弧Ti靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述3个阴极多弧Ti靶。

6.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺：步骤f中，对于阴极多弧Al靶的启动，分五次进行启动，且Al靶电流均为90A；其中，第一次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加450V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第二次启动1个阴极多弧Al靶后对工模具施加350V的脉冲偏压，施加6分钟后关闭上述1个阴极多弧Al靶；第三次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加300V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第四次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加250V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶；第五次启动2个阴极多弧Al靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加5分钟后关闭上述2个阴极多弧Al靶。

7.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于：步骤f中，对于阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶的启动，分两次进行启动；其中，第一次启动3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加160V的脉冲偏压，施加8分钟后关闭上述3个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶；第二次启动2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶后对工模具施加90V的脉冲偏压，施加10分钟后关闭上述2个阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶。

8.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于：在镀制各膜层的过程中，镀膜炉内的室内温度低于380℃。

9.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于：所述TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的8%，所述(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的65%，所述CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的27%。

10.根据权利要求2所述的PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，其特征在于：在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为60%，CrN的相对含量为40%；所述CrAlN膜层为梯度(Cr_xAl_1-x)N膜，其中，x=0.3。