CN104213075A - 一种AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层材料，由结合层、过渡层、支撑层以及高温强韧耐磨层构成，其制备方法是：采用弧光离子源对经过化学清洗的基体进行刻蚀清洗，然后采用电弧离子镀方法依次沉积结合层、过渡层、硬化层、支撑层以及超强韧耐高温耐磨层。本发明充分利用纳米晶-非晶复合结构的超硬特性和高耐温特性，将AlTiSiN和AlCrSiN两种纳米晶涂层材料联合构建纳米晶-非晶多层涂层材料。涂层结构设计合理，不但有成分渐变，同时还具有硬度梯度渐变，所制备的AlTiSiN-AlCrSiN涂层与基体有良好的结合力、良好的硬度和优越的耐温耐磨性能，很好的克服了基体涂层耐温性和耐磨性不足的问题，大幅度提高了基体的使用性能，具有良好的工业应用前景。

Description

一种AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层材料及制备方法，属于涂层材料技术领域。

背景技术

随着高强度钢、高温合金以及复合材料等难加工材料使用量的急剧增加以及高速切削、干切削和微润滑切削工艺大量使用，对切削刀具提出了更高的技术要求。在实际切削应用中，切削区域的温度常高于常规硬度为20-30GPa的TiN、TiCN、TiAlN 等刀具涂层的热分解温度， 因而导致刀具氧化磨损严重而失效^[1]。将超硬纳米涂层材料镀于金属切削刀具表面，正适应了现代制造业对金属切削刀具的高技术要求，切削刀具基体保持了其较高的强度，镀于表面的涂层又能发挥它“超硬、强韧、耐磨、自润滑”的优势，赋予刀具高硬度、低导热等新特性，提高刀具在高速高 温条件下工作的可靠性，从而大大提高切削刀具加工过程中的耐用度和适应性。

作为纳米晶涂层的典型代表，Me-Si-N（Me为一元或者多元过渡金属）刀具涂层具有优异的抗氧化性、耐高温、高硬度和优良的切削性能，目前已进行了大量的研究，但大多集中在涂层的多元合金化以及将其与多晶涂层材料的多层化，涂层硬度、韧性以及切削性能有待进一步提高。将多种Me-Si-N纳米晶-非晶涂层材料复合构筑纳米多层结构，充分利用纳米晶-非晶强化导致的超硬效应以及多层膜结构界面导致的韧化效应，在保持材料高硬度基础上大幅度提高涂层韧性、硬度及耐温性，是目前超硬刀具涂层材料领域发展的前沿。

超硬涂层材料包括纳米多层膜和纳米晶复合膜两大类。这类材料不但具有异于其组成物的特殊的力学性能，还因材料可多样性组合以及优异的可剪裁性具有良好的应用前景。超硬涂层的高硬度主要通过高应力或者纳米结构获得。高应力材料高温时由于应力的释放会导致硬度下降，影响切削性能。而纳米结构材料的小晶粒限制晶粒粗化和独特的晶界滑移效应使涂层具有优良的热稳定性。纳米多层膜是由两种或两种以上具有不同成分或结构的材料在垂直于薄膜一维方向上以纳米量级相互交替沉积生长而形成的多层结构。由于超硬效应带来的高硬度以及多层结构带来的高韧性，是目前耐磨涂层的重要研究方向之一。纳米晶复合膜是由两种材料形成的一种界面相包裹基体相的三维网状结构薄膜。S.Veprek对该类薄膜的设计思想进行发展并展开了大量的研究工作。2000年获得了硬度超过金刚石的80-105GPa 的TiN/Si₃N₄纳米复合膜。尽管迄今为止没有其它研究小组重复出该高硬度。但大量实验表明超过40GPa的硬度能在该体系中稳定达到。与纳米多层膜相比，纳米晶复合膜的研究时间相对较短，但由于比多层膜表现更高的硬度和更好的高温性能，且其制备技术相对简单，易于工业化生产，是应用前景更加广阔的一类超硬薄膜，也是目前超硬薄膜研究领域的热点之一。

作为诸多纳米晶复合膜中研究最为广泛的涂层体系，Me-Si-N涂层极大改善了刀具的高温性能，是最新一代的超硬涂层材料。当Me-N晶体尺寸小于10nm 时，位错增殖源难于启动，而晶界非晶态相又可阻止晶体位错的迁移，即使在较高的应力下，位错也不能穿越非晶态晶界。这种结构薄膜的硬度可以达到40GPa 以上，且当温度达到900℃～1100℃时，其显微硬度仍可保持在30GPa 以上；常见的涂层如TiSiN、ZrSiN、CrSiN、TiAlSiN、TiCrSiN、TiAlSiN、TiAlCrSiN等。

对 Me-Si-N纳米涂层的研究更多地集中在其合金化和将其与常规二元（CrN、TiN）或者三元(TiAlN、CrAlN)涂层的多层化。多元合金化对涂层硬度贡献较少，但由于改变表面氧化膜的微观结构，对涂层的抗氧化性提高较为明显。而纳米多层结构的采用不但可以提高涂层的硬度、耐温性，同时还可以提高涂层的韧性。此外，涂层的切削性能影响因素较多，切削的材料、涂层成分以及加工冷确条件等都会对涂层切削性能造成较大影响。整体而言，对Me-Si-N材料的多层化会显著提高其硬度和改善其耐温和切削性能，这主要是纳米多层膜相比纳米复合膜则具有更好的韧性。如果将纳米多层结构和纳米晶复合结构两者进行结合构建纳米晶多层结构涂层，不但可充分发挥两种结构的优势，使涂层不但具有超硬和高耐磨特性，同时由于多层结构的采用可以大幅度提升涂层的韧性和高温性能，有望开发出新型的纳米晶多层结构切削刀具涂层。

发明内容

基于背景技术，本发明提供了一种AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层材料及制备方法，该涂层不但具有较好的耐磨性能，同时由于多层结构使用使其具有良好的耐高温性能。

其具体技术方案如下：

一种AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层，其特征在于：所述多层复合超硬强韧涂层包括结合层、过渡层、硬化层、支撑层以及耐高温强韧耐磨层，其中结合层为Cr层，过渡层为CrN过渡金属陶瓷层，硬化层为AlCrSiN/CrN纳米晶复合层，支撑层为AlTiSiN/CrN纳米晶多层复合层，耐高温强韧耐磨层为AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层结构涂层。

所述多层复合超硬强韧涂层的涂层总厚度为2-13.5微米，其中结合层厚度为5-200纳米，过渡层厚度为10-300纳米，硬化层厚度为200-1500纳米，支撑层厚度为200-1500纳米，耐高温强韧耐磨层厚度为0.2-10微米。

所述硬化层为AlCrSiN和CrN交替构成的复合层，其中单层AlCrSiN纳米层厚度为1-20纳米，单层CrN层厚度为1-30纳米， AlCrSiN和CrN各自总层数为30层；AlCrSiN层中AlCrN纳米晶直径为5-15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1-2纳米。

所述支撑层为AlTiSiN和CrN交替构成的复合层，其中单层AlTiSiN纳米层厚度为1-20纳米，单层CrN层厚度为1-30纳米，AlTiSiN和CrN各自总层数为30层；AlTiSiN层中AlTiN纳米晶直径为5-15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1-2纳米。

所述耐高温强韧耐磨层为AlTiSiN和AlCrSiN交替构成的复合层，其中单层AlTiSiN纳米层厚度为2-15纳米，AlTiSiN层中AlTiN纳米晶直径为5-15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1-2纳米。单层AlCrSiN层厚度为2-10纳米，AlCrSiN层中AlCrN纳米晶直径为5-15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1-2纳米。AlTiN/AlCrN多层膜层数为50-400层。

所述AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量分别在1at.%到15at.%之间。

 

本发明还提供上述的AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层的制备方法，采用弧光离子源对经过化学清洗的基体进行刻蚀清洗，然后采用电弧离子镀方法沉积结合层、过渡层、硬化层、支撑层以及超硬强韧耐高温耐磨层，步骤如下：

（1）在100－450℃、氩气环境下，对经过化学清洗的基体经过弧光等离子体刻蚀后，在0.02-0.2Pa，－800V到-1000V条件沉积5-200纳米厚的过渡金属Cr结合层；

（2）    在0.1-2.3Pa，－20V到－300V条件沉积10-300纳米厚的CrN层；

（3）    在0.5-8Pa气压,－50V到－300V偏压条件下沉积200-1500纳米AlCrSiN/CrN硬化层；

（4）    在0.5-8Pa气压,－50V到－300V偏压条件下沉积200-1500纳米AlTiSiN/CrN支撑层；最后在0.5-10Pa气压,－20V到－300V偏压条件下沉积0.2-10微米AlTiSiN-AlCrSiN耐高温强韧耐磨层，涂层总厚度在控制在2-13.5微米，制备结束后自然冷却，得到AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬耐高温强韧耐磨层。

所述AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量分别在1at.%到15at.%之间。

所述基体为高速钢和硬质合金刀具或模具。

 

本专利挑选AlTiSiN和AlCrSiN作为研究对象构建新型纳米晶超硬涂层材料主要从两个方面考虑，一是两类材料目前是国内外研究较为广泛的最新的涂层体系，涂层都具有高硬度和良好的切削性能，具有比常规的AlTiN、AlCrN以及TiSiN更好的切削性能。二是结构上两者都是典型的纳米晶-非晶结构，结构上具有一定的类似之处，将两者复合构建多层结构不但技术上易于实现，同时还可以充分发挥两种涂层性能上的优势。目前采用两种纳米晶复合材料构建多层纳米结构材料研究较少，尤其是对其高温条件下该类涂层微结构和性能演变规律以及切削性能研究更少。因此本专利具有重要的应用价值。

本发明制备的突出该涂层不但具有较好的耐磨性能，同时由于多层结构使用使其具有良好的耐高温性能。结合层为电弧离子镀方法高能轰击制备的纯Cr层，过渡层为CrN过渡金属陶瓷层，支撑层为AlTiSiN/CrN多层复合层，提高涂层硬度。高温强韧耐磨层为AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层结构涂层。与常规的单层AlTiN和AlCrN涂层相比，由于硅的掺杂，使AlTiSiN和AlCrSiN涂层具有更高的硬度和更好的耐磨性能。此外AlTCrSiN/CrN硬化层的设计，使底层CrN和表面AlTiSiN/CrN支撑层之间存在成分渐变和硬度渐变，降低涂层应力；AlTiSiN/CrN支撑层的设计，使表面高硬度的AlTiSiN-AlCrSiN涂层与基体之间具有较好的硬度梯度，当加工高硬度的材料时涂层不会由于基体的塑形变形而失效。与单层AlTiSiN和AlCrSiN涂层相比，由于AlTiSiN-AlCrSiN多层结构的设计，不但其硬度高于单层AlTiSiN和AlCrSiN涂层，同时其韧性比单层AlTiSiN和AlCrSiN涂层更好，因此本涂层不但结构设计先进，同时多种材料的配合使用使涂层具有良好的适应性能。大幅度提高了工具和模具的使用性能。具有良好的市场应用前景。

由上述技术方案可知本发明是电弧离子镀的高离化率来制备纳米晶多层复合涂层材料。为了提高涂层和高速钢以及硬质合金刀具的，该方法首先利用弧光放电过程产生的高浓度氩离子刻蚀刀具和模具表面氧化物，一般情况下由于氧化物会降低涂层和基体的结合力，为此氧化物的去处是涂层中非常关键的技术。常规化学清洗在清洗过程中可以去处氧化层，但接触空气后表面会很快形成氧化层。常规辉光放电离子源输出功率较小，采用常规辉光放电清洗法也可以去除表面的氧化物，但由于放电等离子体密度低，清洗效果有限。对工件表面的清洗效果有限，为了提高工件表面的清洗效率，本专利中使用的中空离子源运行电流可以达到200A以上，而常规的离子源只能在10A以下工作。经试验证明中空阴极离子源可以大幅度提高涂层硬度和附着力。

专利中炉体顶部为中空阴极离子源，电弧等离子体由中空阴极靶表面产生，为低电压高电流的弧光放电。气体由离子源的上部引入，经过离子源高速喷到真空室中。在真空室的底部有带水冷却的辅助阳极，离子源和阳极之间构成放电等离子区。该设计可以使真空室中的等离子体大幅度增强。当辉光离子清洗时，在离子源开启状态下真空室中高密度等离子体使工件表面的氧化层以及污染物被清洗干净，可以提高涂层的附着力。当工件镀膜时，工件完全浸没在等离子体当中，离子轰击的效果非常显著，涂层的均匀性得到了良好的保证。

弧光等离子体清洗一般在负的800到1000V的偏压下进行，清洗时间从30-60分钟。在离子刻蚀结束后，工模具基体表面处于比较清洁的状态。随后，本专利采用电弧离子镀技术从Cr靶上将Cr离子高温蒸发并在高偏压作用下高速扩散到工模具表面，在工模具表面加有800-1200V的负高压，高压对离化的Cr离子具有加速作用，经过加速的Cr离子会高速撞击工模具表面，形成冶金结合层。然后通入氮气与Cr反应生成CrN过渡层。在CrN涂层的基础上，逐步开启AlCrSi靶，AlCrSi与氮气反应生成AlCrSiN涂层，当工模具运动到Cr靶前面时将形成CrN涂层，当运动到AlCrSi靶前部时将形成AlCrSiN涂层，工模具连续的转动将会形成AlCrSi/CrN硬化层。硬化层厚度为200-1500纳米；硬化层结束后，逐步开启AlTiSi靶，AlTiSi与氮气反应生成AlTiSiN涂层，当工模具运动到Cr靶前面时将形成CrN涂层，当运动到AlTiSi靶前部时将形成AlTiSiN涂层，工模具连续的转动将会形成AlTiSiN/CrN多层涂层。支撑层厚度一般为200-1500纳米，支撑层中，单层AlTiSiN纳米层厚度为2-10纳米，单层CrN层厚度为2-20纳米。每层AlTiSiN和CrN厚度之和为4-20纳米。该涂层与CrN涂层相比其硬度从CrN涂层的20GPa增加到AlTiSiN/CrN涂层的35GPa左右。与AlCrSi/CrN硬化层30GPa硬度相比，硬度有一定幅度的提高。与单层AlTiSiN涂层相比，由于涂层为多层结构，韧性较好，在较大的载荷时不会发生开裂。主要是起到硬度梯度过渡和成分过渡，对顶层AlTiSiN-AlCrSiN涂层形成良好的支撑效果，顶层AlTiSiN-AlCrSiN涂层硬度接近45GPa。单层AlTiSiN纳米层厚度为2-10纳米，单层AlCrSiN层厚度为2-10纳米。每层AlTiSiN和AlCrSiN厚度之和为4-10纳米。

本发明充分利用纳米晶-非晶复合结构的超硬特性和高耐温特性，将AlTiSiN和AlCrSiN两种纳米晶涂层材料联合构建纳米晶-非晶多层涂层材料。涂层结构设计合理，不但有成分渐变，同时还具有硬度梯度渐变，所制备的AlTiSiN-AlCrSiN涂层与高速钢或者硬质合金刀具或者模具有良好的结合力、良好的硬度和优越的耐温耐磨性能。很好的克服了刀具和模具涂层耐温性和耐磨性不足的问题。

因此本发明具有如下优点：第一，与普通辉光放电离子源相比，本专利采用弧光放电离子源来进行镀膜前的离子清洗，可以大幅度提高工模具表面的表面质量，提高涂层的附着力。第二，本发明涂层结构采用钨层结构，有结合层、过渡层、硬化层、支撑层以及高温耐磨层，形成结构和成分渐变，涂层和基体为冶金结合，具有良好的附着力；第三，与常规电弧离子镀涂层结构相比，本发明采用多层结构技术抑制了柱状晶的生长，提高涂层的致密度，这不但提高了涂层的耐腐蚀性，同时耐磨性也大幅度提高；第四，本发明中支撑层采用纳米晶复合多层结构，不但具有较高的硬度，同时由于微结构为纳米晶-非晶结构，降低了涂层的应力；第五，由于采用多层结构，本发明制备超硬涂层厚度可达到13.5微米厚；第六，本发明将AlTiSiN层和AlCrSiN层结合形成多层结构，为两种纳米晶-非晶复合材料构建多层纳米结构材料，在国内外是个尝试，特别是应用到工具和模具表面，将大幅度提高工具和模具的加工性能；同时涂层设备结构简单，易于控制，工业应用前景良好；

本发明所制备AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层材料有良好的结合力和耐磨耐温性能，保证了工具和模具长期稳定工作，使高速钢工具和模具使用性能大幅度提高，加工质量稳定，加工效率提高，降低了厂家的生产成本。

 

附图说明

图1.为本发明中所采用的涂层装置示意图；

图2.为本发明设计的涂层结构示意图；

图3.为本发明设计的AlTiSiN-AlCrSiN表面形貌；

图4.为本发明设计的AlTiSiN-AlCrSiN涂层截面形貌；

其中图1中1.中空离子源；2.阴极靶；3.等离子体；4.辅助阳极；5. 工件；6. 基座；

图2中：1.基体；2.Cr结合层；3. CrN过渡层；4. AlCrSiN/CrN纳米晶复合硬化层；5.AlTiSiN/CrN纳米晶复合支撑层；5.AlTiSiN/AlCrSiN高温耐磨层。

 

具体实施方式

实施本发明方法的装置如图1所示，装置的真空室由炉壁围成，真空室高度为0.5-1.5米，直径为700-1500mm。顶部装有中空离子源1，辅助阳极4安装在炉底。通过弧光放电提高炉膛的等离子体密度3；靶材2安装在炉壁上，工件杆5上固定工件。6为设备基座。18个电弧靶分6列安装在炉壁上，每两列为一组，共三组。分别安装Cr靶、AlCrSi靶和AlTiSi靶，样品装在工件架上。该布局使真空室中等离子体密度大幅度增加，工件完全浸没在等离子体中。使涂层沉积速率、硬度、附着力得到较大的提高。由于对靶结构进行了优化，磁场分布更均匀，使电弧在靶面上均匀燃烧，提高了涂层的均匀性。

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明：

实施例1：在100℃、氩气环境下，对高速钢和硬质合金刀具和模具经过弧光等离子体刻蚀后，在0.02-0.2Pa，－800V到-1000V条件沉积5纳米厚的过渡金属Cr结合层；在0.1Pa，－20V条件沉积10纳米厚的CrN层；在0.5Pa气压,－50V偏压条件下沉积1500纳米AlCrSiN/CrN硬化层；在0.5气压,－50V偏压条件下沉积500纳米AlTiSiN/CrN支撑层；最后在0.5Pa气压,－20V偏压条件下沉积0.2微米AlTiSiN-AlCrSiN多层涂层，上述涂层中AlTiSiN层中AlTiN纳米晶直径为15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1纳米。AlCrSiN层中AlCrN纳米晶直径为15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1纳米。AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量为1at.%；涂层总厚度为2.205微米，制备结束自然冷却，得到AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬耐高温强韧耐磨层。

实施例2：在450℃、氩气环境下，对高速钢和硬质合金刀具和模具经过弧光等离子体刻蚀后，在0.2Pa， -1000V条件沉积200纳米厚的过渡金属Cr结合层；在2.3Pa，－300V条件沉积300纳米厚的CrN层；在8Pa气压,－300V偏压条件下沉积200纳米AlCrSiN/CrN硬化层；在8Pa气压,－300V偏压条件下沉积1500纳米AlTiSiN/CrN支撑层；最后在10Pa气压,－300V偏压条件下沉积10微米AlTiSiN-AlCrSiN多层涂层，上述涂层中AlTiSiN层中AlTiN纳米晶直径为5纳米，Si₃N₄非晶层厚度为2纳米。AlCrSiN层中AlCrN纳米晶直径为5纳米，Si₃N₄非晶层厚度为2纳米。AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量为15at.%；涂层总厚度为12.1微米，制备结束自然冷却，得到AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层超硬耐高温强韧耐磨层。

实施例3：在350℃、氩气环境下，对高速钢和硬质合金刀具和模具经过弧光等离子体刻蚀后，在0.1Pa，－800V条件沉积100纳米厚的过渡金属Cr结合层；在1.5Pa，－100V条件沉积100纳米厚的CrN层；在0.5Pa气压,－100V偏压条件下沉积500纳米AlCrSiN/CrN硬化层；在0.5气压,－100V偏压条件下沉积1000纳米AlTiSiN/CrN支撑层；最后在3Pa气压,－20V偏压条件下沉积5微米AlTiSiN-AlCrSiN多层涂层，上述涂层中AlTiSiN层中AlTiN纳米晶直径为10纳米，Si₃N₄非晶层厚度为1纳米。AlCrSiN层中AlCrN纳米晶直径为10纳米，Si₃N₄非晶层厚度为1纳米。AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量为5at.%；涂层总厚度为6.7微米，制备结束后自然冷却，得到AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬耐高温强韧耐磨层。

实施例4：在400℃、氩气环境下，对高速钢和硬质合金刀具和模具经过弧光等离子体刻蚀后，在0.2Pa， -1000V条件沉积200纳米厚的过渡金属Cr结合层；在1Pa，-200V条件沉积300纳米厚的CrN层；在0.5Pa气压,－50V偏压条件下沉积1000纳米AlCrSiN/CrN硬化层；在0.5气压,－50V到－300V偏压条件下沉积1000纳米AlTiSiN/CrN支撑层；最后在5Pa气压,－100V偏压条件下沉积8微米AlTiSiN-AlCrSiN多层涂层，上述涂层中AlTiSiN层中AlTiN纳米晶直径为12纳米，Si₃N₄非晶层厚度为1.5纳米。AlCrSiN层中AlCrN纳米晶直径为12纳米，Si₃N₄非晶层厚度为1.5纳米。AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量为10at.%；涂层总厚度为10.5微米，制备结束后自然冷却，得到AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬耐高温强韧耐磨层。

 

图2为本发明设计的涂层结构示意图，从图中可以看出，涂层结构上存在成分和硬度梯度，降低了涂层的应力，可沉积较厚的涂层。

图3 为本发明设计的AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶复合超硬涂层表面形貌，从图中可以看出涂层表面表面光滑，涂层致密。

图4 为为本发明设计的AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶复合超硬涂层截面形貌，从图中可以看出涂层和基体结合良好，涂层厚度均匀。

Claims (7)

1.一种AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层，其特征在于：所述多层复合超硬强韧涂层包括结合层、过渡层、硬化层、支撑层以及耐高温强韧耐磨层，其中结合层为Cr层，过渡层为CrN过渡金属陶瓷层，硬化层为AlCrSiN/CrN纳米晶复合层，支撑层为AlTiSiN/CrN纳米晶多层复合层，耐高温强韧耐磨层为AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层结构涂层。

2.如权利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层，其特征在于：所述多层复合超硬强韧涂层的涂层总厚度为2-13.5微米，其中结合层厚度为5-200纳米，过渡层厚度为10-300纳米，硬化层厚度为200-1500纳米，支撑层厚度为200-1500纳米，耐高温强韧耐磨层厚度为0.2-10微米。

3.如权利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层，其特征在于：（1）所述硬化层为AlCrSiN和CrN交替构成的复合层，其中单层AlCrSiN纳米层厚度为1-20纳米，单层CrN层厚度为1-30纳米；

 (2) 所述支撑层为AlTiSiN和CrN交替构成的复合层，其中单层AlTiSiN纳米层厚度为1-20纳米，单层CrN层厚度为1-30纳米；

（3）所述耐高温强韧耐磨层为AlTiSiN和AlCrSiN交替构成的复合层，其中单层AlTiSiN纳米层厚度为2-15纳米，单层AlCrSiN层厚度为2-10纳米。

4.如权利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层，其特征在于：所述硬化层、支撑层和耐高温强韧耐磨层中的AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量均在1at.%到15at.%之间；且AlTiSiN层中AlTiN纳米晶直径为5-15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1-2纳米，AlCrSiN层中AlCrN纳米晶直径为5-15纳米，Si₃N₄非晶层厚度为0.1-2纳米。

5.一种制备如权利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层的方法，其特征在于：采用弧光离子源对经过化学清洗的基体进行刻蚀清洗，然后采用电弧离子镀方法沉积结合层、过渡层、硬化层、支撑层以及超硬强韧耐高温耐磨层，步骤如下：

（1）在100－450℃、氩气环境下，对经过化学清洗的基体经过弧光等离子体刻蚀后，在0.02-0.2Pa，－800V到-1000V条件沉积5-200纳米厚的过渡金属Cr结合层；

（2）在0.1-2.3Pa，－20V到－300V条件沉积10-300纳米厚的CrN层；

（3）在0.5-8Pa气压,－50V到－300V偏压条件下沉积200-1500纳米AlCrSiN/CrN硬化层；

（4）在0.5-8Pa气压,－50V到－300V偏压条件下沉积200-1500纳米AlTiSiN/CrN支撑层；最后在0.5-10Pa气压,－20V到－300V偏压条件下沉积0.2-10微米AlTiSiN-AlCrSiN耐高温强韧耐磨层，涂层总厚度在控制在2-13.5微米，制备结束后自然冷却，得到AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬耐高温强韧耐磨层。

6.如权利要求5所述的制备AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层的方法，其特征在于：所述AlTiSiN和AlCrSiN层中硅含量分别在1at.%到15at.%之间。

7.如权利要求5所述的制备AlTiSiN-AlCrSiN纳米晶-非晶多层复合超硬强韧涂层的方法，其特征在于：所述基体为高速钢和硬质合金刀具或模具。