CN103882386A - 一种具有超高硬度的基体保护涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有超高硬度的基体保护涂层以制备方法。所述具有超高硬度的基体保护涂层为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，所述的基体为金属、硬质合金或陶瓷。其制备方法即首先将表面清洗后的基体在其表面依次采用多弧离子镀反应沉积TiAlN过渡层、CrAlTiN四元陶瓷涂层。最终所得CrAlTiN涂层具有高达44.9GPa的超高硬度，而且本发明的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法具有制备工艺稳定、沉积速度快、制备成本低，且最终CrAlTiN涂层与基体的结合强度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于材料表面工程技术，具体涉及一种具有超高硬度的基体保护涂层及其制备方法。
背景技术
随着切削加工条件的日益要求，以高速度、高精度、高效以及环保为追求目标的切削加工对刀具涂层提出了更高的服役要求。目前常用的TiN涂层的硬度约为23GPa，其抗氧化温度约为500℃；TiCN涂层的硬度大约30GPa，但其抗高温氧化温度仅400℃；目前应用前景最好的TiAlN涂层的硬度为35GPa，其抗氧化温度约为800℃，CrN涂层因具有高的硬度、优良的耐磨性、低的摩擦系数和残余应力以及耐蚀性等许多优点而引起人们的重视，但CrN 的抗氧化温度最高只有650℃。因此，一些常规的二元或三元涂层已经逐渐不能满足恶劣的切削条件对刀具保护性涂层提出的更高的要求。为了满足这一需求，人们尝试在三元涂层的基础上添加新的元素，制备出四元复合涂层，由于这类涂层具有高硬度、热稳定性高、低摩擦系数和耐磨耐损等优点，目前已成为涂层研究领域的热点。
申请号为201110176499.8的专利公开了一种含TiAlN层和CrAlN层的复合涂层刀具，包括刀具基体和刀具基体上沉积的复合涂层，该复合涂层中包含有一交替沉积TiAlN层和CrAlN层的多周期涂层，其制备方法包括以下步骤：首先可选择性地采用物理气相沉积工艺在刀具基体上依次沉积TiAl金属层和TiAlN过渡层,再在TiAlN过渡层上采用物理气相沉积工艺交替沉积TiAlN层和CrAlN层；交替沉积TiAlN层和CrAlN层是指以依次沉积TiAlN层-CrAlN层或依次沉积CrAlN层-TiAlN层为一个周期，重复多个周期直至复合涂层的总厚度达到2μm～12μm。该发明的涂层刀具具有高硬度、高强度、优异的高温抗氧化能力、高温稳定性及时效硬化特性等优点。
申请号为201310132567.X的专利公开了一种具有CrAlTiN超晶格涂层的数控刀具及其制备方法，包括超细晶硬质合金刀具本体，所述刀具本体外表面沉积有CrAlTiN超晶格涂层，所述CrAlTiN超晶格涂层由内到外包括有粘附层、支持层及耐磨层；所述粘附层为Ti金属层，所述支持层为TiN层，所述耐磨层为CrAlN层与TiN层交替构成的氮化物多层，该氮化物多层为多晶超晶格结构；该发明能解决现有技术中的数控刀具耐磨性能差，摩擦系数较高的问题，具有硬度较高并且耐磨性能好、摩擦系数较低的优点，可以显著提高刀具的寿命，改善加工部件的表面质量。
申请号为201110138010.8的专利公开了一种高硬度高弹性模量TiAlN/AlON纳米多层涂层及其制备方法。所述涂层由多个TiAlN层和AlON层构成，各TiAlN层和AlON层交替沉积在基体上，其总厚度为1.5～2.0μm。其制备方法首先将基体表面抛光处理，经超声波清洗和离子清洗后，再采用反应溅射法在基体上交替溅射TiAlN层和AlON层。该发明的TiAlN/AlON纳米多层涂层不但具有约35GPa的硬度和约350GPa的弹性模量，还具有抗高温氧化性能，可作为高速切削刀具及其它高温条件下服役耐磨工件的保护涂层，其制备方法具有工艺简单、沉积速度快、成本低、结合强度高等优点。
申请号为201110341948.X的专利公开了一种高硬度高弹性模量TiAlN/SiO2纳米多层涂层及其制备方法。所述涂层由多个TiAlN层和SiO2层构成，各TiAlN层和SiO2层交替沉积在基体上,其总厚度为1.5～2.0μm。其制备方法首先将基体表面抛光处理，经超声波清洗和离子清洗后，再采用反应溅射法在基体上交替溅射TiAlN层和SiO2层。该发明的TiAlN/SiO2纳米多层涂层不但具有约37GPa的硬度和约380GPa的弹性模量，还具有抗高温氧化性能，可作为高速切削刀具及其它高温条件下服役耐磨工件的保护涂层，其制备方法具有工艺简单、沉积速度快、成本低、结合强度高等优点。
然而，以上专利均须制备出多层结构涂层，甚至纳米多层结构涂层，增加了涂层的制备成本。此外，从获得的最高硬度来看，为满足现代切削行业对刀具涂层的高性能要求，以上涂层的硬度仍需进一步提升。因此，开发出结构简单、生产成本低、具有高硬度的四元涂层材料及其制备技术是现代材料表面工程领域亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的之一为了克服现有涂层材料的硬度不够高等技术问题而提供一种具有超高硬度的基体保护涂层。
本发明的目的之二是提供上述的一种具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法。该制备方法简单，生产效率高、工艺稳定，对设备要求较低等优点。可作为高速切削或干式切削的高性能刀具涂层和其他领域的保护涂层。
本发明的技术方案
一种具有超高硬度的基体保护涂层，为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，优选厚度为310-500nm，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，优选厚度为4.9-6.0um；
所述的基体为金属、硬质合金或陶瓷；
所述的金属为高速钢或不锈钢；
所述的陶瓷优选为二氧化锆陶瓷。
上述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm；氮气流量为600sccm；温度为350-400℃；压强为0.2-0.4Pa；靶电流为65A；偏压为-600V；占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
所述的清洗后的基体，即将经机械抛光处理后的基体在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；离子清洗：抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W；
（2）、CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm；氮气流量为1050-1350sccm；温度为360-400℃；压强为1.2-1.6Pa；TiAl靶电流为65A；Cr靶电流为75A；偏压为-75V至-100V；占空比90%，时间为60min-90min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
上述的一种具有超高硬度的基体保护涂层，由于其具有较高的硬度，因此可作为高速切削或干式切削的高性能刀具涂层和其他领域的保护涂层。
本发明的有益效果
本发明的一种具有超高硬度的基体保护涂层，由于采用了TiAl合金靶和Cr靶共同沉积的多弧离子镀技术，在基体表面的TiAlN过渡层上直接生成四元的CrAlTiN涂层，其制备方法具有制备过程简单，生产效率高，同时对设备要求较低等优点。并且通过对多弧离子镀工艺的优化，使CrAlTiN涂层具有约41.3-44.9GPa的超高硬度。
进一步，本发明的一种具有超高硬度的基体保护涂层，由于在沉积CrAlTiN涂层之前在基体的表面沉积一层TiAlN层作用过渡层，从而提高了CrAlTiN涂层与基材之间的结合强度。
附图说明
图1、CrAlTiN涂层的表面扫描电子显微镜(SEM)微观形貌图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明进行详细的说明，但并不限制本发明。
本发明所用的仪器：
ST-0810多弧离子镀设备，北京实力源科技开发有限责任公司生产；
涂层的形貌和厚度测量所用的QuantaFEG-450扫描电子显微镜， 荷兰Philips公司生产；
NANO Indenter G200型纳米压痕仪测量硬度，美国Agilient公司生产。
实施例1
一种具有超高硬度的基体保护涂层，为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，厚度为310nm，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，厚度为5.2um；
所述的基体为高速钢。
上述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm，氮气流量为600sccm，温度为360℃，压强为0.2Pa，靶电流为65A，偏压为-600V，占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
所述的清洗后的基体，即将机械抛光处理后的基体依次在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；然后进行离子清洗，即抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W；
上述所得的TiAlN过渡层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为310nm；
（2）CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm，氮气流量为1250sccm，温度为360-400℃，压强为1.2Pa，TiAl靶电流为65A，Cr靶电流为75A，偏压为-75V，占空比90%，时间为75min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成一层CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜对上述所得的CrAlTiN涂层的表面形貌进行扫描，其结果如图1所示，从图1可以可出，该涂层结晶状态较好，表面平整，小颗粒尺寸较小；
上述所得的CrAlTiN涂层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为5.2um；
上述所得的CrAlTiN涂层经NANO Indenter G200型纳米压痕仪进行测定，其硬度为44.7GPa。
实施例2
一种具有超高硬度的基体保护涂层，为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，厚度为340nm，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，厚度为5.1um；
所述的基体为硬质合金。
上述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm，氮气流量为600sccm，温度为400℃，压强为0.3Pa，靶电流为65A，偏压为-600V，占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
所述的清洗后的基体，即将经机械抛光处理后的基体依次在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；然后进行离子清洗，即抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W；
上述所得的TiAlN过渡层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为340nm；
（2）CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm，氮气流量为1250sccm，温度为380℃，压强为1.4Pa，TiAl靶电流为65A，Cr靶电流为75A，偏压为-80V，占空比90%，时间为75min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成一层CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
上述所得的CrAlTiN涂层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为5.1um；
上述所得的CrAlTiN涂层经NANO Indenter G200型纳米压痕仪进行测定，其硬度为43.8GPa。
实施例3
一种具有超高硬度的基体保护涂层，为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，厚度为410nm，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，厚度为5.5um；
所述的基体为二氧化锆陶瓷。
上述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm，氮气流量为600sccm，温度为390℃，压强为0.4Pa，靶电流为65A，偏压为-600V，占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
所述的清洗后的基体，即将经机械抛光处理后的基体依次在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；然后进行离子清洗，即抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W；
上述所得的TiAlN过渡层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为410nm；
（2）CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm，氮气流量为1350sccm，温度为400℃，压强为1.6Pa，TiAl靶电流为65A，Cr靶电流为75A，偏压为-100V，占空比90%，时间为80min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成一层CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
上述所得的CrAlTiN涂层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为5.5um；
上述所得的CrAlTiN涂层经NANO Indenter G200型纳米压痕仪进行测定，其硬度为46.0GPa。
实施例4
一种具有超高硬度的基体保护涂层，为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，厚度为480nm，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，厚度为6.0um；
所述的基体为不锈钢。
上述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm，氮气流量为600sccm，温度为380℃，压强为0.4Pa，靶电流为65A，偏压为-600V，占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
所述的清洗后的基体，即将经机械抛光处理后的基体依次在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；然后进行离子清洗，即抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W；
上述所得的TiAlN过渡层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为480nm；
（2）CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm，氮气流量为1250sccm，温度为385℃，压强为1.6Pa，TiAl靶电流为65A，Cr靶电流为75A，偏压为-90V，占空比90%，时间为90min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成一层CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
上述所得的CrAlTiN涂层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为6.0um；
上述所得的CrAlTiN涂层经NANO Indenter G200型纳米压痕仪进行测定，其硬度为42.7GPa。
实施例5
一种具有超高硬度的基体保护涂层，为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，厚度为500nm，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，厚度为4.9um；
所述的基体为高速钢。
上述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm，氮气流量为600sccm，温度为350℃，压强为0.2Pa，靶电流为65A，偏压为-600V，占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
所述的清洗后的基体，即将经机械抛光处理后的基体依次在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；然后进行离子清洗，即抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W；
上述所得的TiAlN过渡层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为500nm；
（2）CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm；氮气流量为1050sccm，温度为360℃，压强为1.2Pa，TiAl靶电流为65A，Cr靶电流为75A，偏压为-85V，占空比90%，时间为70min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成一层CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
上述所得的CrAlTiN涂层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为4.9um；
上述所得的CrAlTiN涂层经NANO Indenter G200型纳米压痕仪进行测定，其硬度为44.9GPa。
实施例6
一种具有超高硬度的基体保护涂层，为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，厚度为470nm，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层，厚度为4.5um；
所述的基体为硬质合金。
上述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm，氮气流量为600sccm，温度为380℃，压强为0.4Pa，靶电流为65A，偏压为-600V，占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
所述的清洗后的基体，即将经机械抛光处理后的基体依次在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；然后进行离子清洗，即抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W；
上述所得的TiAlN过渡层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为470nm；
（2）CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm，氮气流量为1250sccm，温度为380℃，压强为1.4Pa，TiAl靶电流为65A，Cr靶电流为75A，偏压为-80V，占空比90%，时间为60min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成一层CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
上述所得的CrAlTiN涂层采用QuantaFEG-450型扫描电子显微镜进行测量，其厚度为4.5um；
上述所得的CrAlTiN涂层经NANO Indenter G200型纳米压痕仪进行测定，其硬度为41.3GPa。
综上所述，本发明的一种具有超高硬度的基体保护涂层，其表面的CrAlTiN涂层不仅具有41.3-44.9GPa的超高硬度，而且具有制备工艺稳定、结构简单、沉积速度快、生产成本低、结合强度高等优点。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种具有超高硬度的基体保护涂层，其特征在于所述具有超高硬度的基体保护涂层为二层的层状结构，靠近基体的涂层为TiAlN过渡层，TiAlN过渡层的表面是致密的CrAlTiN四元陶瓷涂层；
所述的基体为金属、硬质合金或陶瓷。
2.如权利要求1所述的一种具有超高硬度的基体保护涂层，其特征在于所述的金属为高速钢或不锈钢；
所述的陶瓷优选为二氧化锆陶瓷。
3.如权利要求2所述的一种具有超高硬度的基体保护涂层，其特征在于所述TiAlN过渡层厚度为310-500nm，CrAlTiN涂层厚度为4.9-6.0um。
4.如权利要求1、2或3所述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：
（1）、TiAlN过渡层的制备
将清洗后的基体转进镀膜室，本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式轰击两块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶来进行TiAlN过渡层的沉积，沉积过程控制氩气流量为90sccm；氮气流量为600sccm；温度为350-400℃；压强为0.2-0.4Pa；靶电流为65A；偏压为-600V；占空比90%，时间为5min，即在基体的表面形成一层TiAlN过渡层；
（2）、CrAlTiN涂层的制备
将步骤（1）的沉积有TiAlN过渡层的基体继续在镀膜室中，控制本底真空抽到3×10-4Pa，用多弧离子镀的方式同时轰击八块按原子百分比计算，即Ti:Al为67%:33%的TiAl合金靶和四块纯度为99.99%的Cr靶来进行CrAlTiN涂层的沉积，沉积过程中控制氩气流量为90sccm；氮气流量为1050-1350sccm；温度为360-400℃；压强为1.2-1.6Pa；TiAl靶电流为65A；Cr靶电流为75A；偏压为-75V至-100V；占空比90%，时间为60min-90min，沉积结束即在TiAlN过渡层上形成CrAlTiN涂层，即完成了具有超高硬度的基体保护涂层的制备。
5.如权利要求4所述的具有超高硬度的基体保护涂层的制备方法，其特征在于所述的清洗后的基体，即将经机械抛光处理后的基体在酒精和丙酮中利用15～30kHz超声波清洗5～10min；离子清洗：抽真空到5×10-3Pa后开Ar气，维持真空度在2-4Pa，对基体进行5min的离子轰击，功率为80-100W。
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