CN104846344B - 一种多层纳米复合刀具涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂层技术领域，具体公开了一种多层纳米复合刀具涂层及其制备方法，该涂层包括从内到外沉积于刀具本体表面的Ti金属结合层、TiZrAlSiCN主作用层和Al₂O₃表面抗氧化层；所述TiZrAlSiCN主作用层为纳米复合结构，具有超过70 N的结合力，45GPa的硬度，低达0.3的摩擦系数；所述的Al₂O₃表面抗氧化层进一步提高涂层的在高温下的抗氧化能力；含有本发明上述涂层的刀具经切削实验表明其寿命可大幅度提高，在难加工材料的高速铣削加工中具有重要的应用。

Description

一种多层纳米复合刀具涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，更具体地，涉及一种多层纳米复合刀具涂层及其制备方法。

背景技术

随着高强度钢、高温合金以及高强度复合材料等难加工材料使用量的急剧增加以及高速切削、干式切削和微润滑切削工艺的大量使用，对切削刀具提出了更高的要求。涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破，它将刀具基体与硬质薄膜表层相结合，由于基体保持了良好的韧性和较高的强度，而硬质薄膜表层又具有高耐磨性和低摩擦系数的特点，使刀具的性能得到大大提高。纳米复合结构涂层是新一代高速切削涂层的代表，由尺寸小于10 nm的氮化物纳米颗粒（如nc-TiN）镶嵌在很薄的非晶基体（如a-Si₃N₄）中，纳米晶具有比较高的硬度，非晶相具有高的结构弹性，两相界面有高的内聚能，因此，这种涂层具有超高硬度(> 40GPa)、高韧性、优异的高温稳定性和热硬性(> 1000ºC)、高的抗氧化性等，适应于高速加工难加工材料对刀具涂层的高硬度、高韧性、高耐磨性和高温性能的要求。难加工材料的高速切削加工中，刃口温度超过1000^oC，刀具涂层的氧化及裂纹扩展从涂层的表面开始，刀具涂层结构设计中如果添加一种具有低摩擦系数及抗高温氧化特性的表面层会大大减少涂层的磨损，从而提高其寿命。

专利号为201410170158.3的中国专利公开了一种TiZrAlSiON纳米复合涂层刀具，所述刀具包括硬质合金刀具本体及本体上涂镀的TiZrAlSiON纳米复合涂层，该涂层包括Zr金属打底层、氮化物过渡层和TiZrAlSiON纳米功能层，涂镀该涂层的刀具硬度约为35GPa，0.3的摩擦系数和大于50N的附着力，但抗氧化能力不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有涂层刀具中所存在的摩擦系数高、抗氧化性能差、不耐高温的缺陷，提供一种多层纳米复合刀具涂层，该涂层具有硬度高、摩擦系数低、结合强度高、高温稳定性好的优点，并且在高于1000^oC时仍具有优秀的抗氧化性能。

本发明的第二个目的是提供含有上述涂层的刀具，所述刀具适用于高速条件下的高硬度钢材料的切削加工。

本发明的第三个目的是提供上述刀具的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种多层纳米复合刀具涂层，包括从内到外沉积于刀具本体表面的Ti金属结合层、TiZrAlSiCN主作用层和Al₂O₃表面抗氧化层。

优选地，所述Ti金属结合层的厚度为100～200 nm；所述TiZrAlSiCN主作用层的厚度为1000～3000 nm；所述Al₂O₃表面抗氧化层的厚度为400～600 nm。

所述TiZrAlSiCN主作用层为纳米复合结构，即纳米晶（Ti，Zr，Al）N镶嵌于非晶Al₂O₃，非晶C及非晶Si₃N₄基体中（nc-（Ti，Zr，Al）N/a-Al₂O₃, a -C, a-Si₃N₄），纳米晶颗粒的大小介于3～15 nm之间，纳米晶非晶的界面层厚度位于0.1～2 nm之间。

本发明所述多层纳米复合涂层包括三层结构，所述Ti金属结合层由助于提高刀具本体和涂层的结合力；所述TiZrAlSiCN主作用层为纳米复合结构，它具有比TiZrAlSiON纳米复合涂层更低的摩擦系数、更高的硬度强度；所述的Al₂O₃表面抗氧化层进一步提高涂层的在高温下的抗氧化能力。

优选地，所述TiZrAlSiCN主作用层的原子百分比如下：24～32 at.% Ti、12～22at.% Zr、8～14 at.% Al、3～12 at.% Si、4～5 at.% C、38～42 at.% N。

作为一种优选的技术方案，本发明所述刀具涂层还包括位于Ti金属结合层和TiZrAlSiCN主作用层之间的梯度结构TiAlN缓冲层；即从Ti金属结合层向TiZrAlSiCN主作用层，所述梯度结构TiAlN缓冲层中Al元素的含量逐渐增多，Ti含量逐渐减小；该梯度缓冲层可以有效减小刀具涂层的内应力，使得涂层有较好的韧性，从而进一步提高刀具涂层的性能。

优选地，所述梯度结构TiAlN缓冲层的厚度为300～500 nm。

优选地，所述梯度结构TiAlN缓冲层中Al原子百分比为10～33at.%；Ti原子百分比为50～27at.%。

提供含有上述任意一种涂层的刀具，所述刀具适用于高速条件下的高硬度钢材料的切削加工。

本发明所述复合涂层相互的作用机理为：在实际干式高速铣削难加工材料如淬硬钢过程中，切削刃口的温度常高于1000℃，因而导致刀具氧化磨损严重而失效。现代先进刀具涂层技术的发展要求涂层具有多功能性，即涂层具有较好的热硬性、硬度性、耐磨性及与工件低的粘附反应、高抗氧化性。而Al₂O₃薄膜在难加工材料的高速加工过程中具有良好的抗高温特性，但氧化铝薄膜硬度较低。发明者经过大量的研究发现，结合TiZrAlSiCN主作用层高硬度及Al₂O₃涂层抗氧化性的涂层在高速铣削难加工材料中具有重要的作用。其主要优势主要体现在：（1）表面层可明显加快能量扩散，减少高温摩擦熵生成，降低涂层高温下的摩擦系数，降低高速切削力和切削温度。（2）表面层具有高的化学稳定性，会降低刀具和工件的粘附反应，提高涂层的耐磨性能。（3）表面层结合TiZrAlSiCN主作用层会大幅度降低热导效率，提供硬度及结合力，从而大幅度提高刀具的使用寿命。（4）同时该复合多层由于是纳米复合结构，促进点缺陷和位错的迁移，促进Al元素的向外扩散，切削高温时的扩散效应越明显，促进新的Al₂O₃涂层生成。

提供上述刀具的制备方法，采用当今刀具涂层广泛采用的物理气相沉积（PVD）技术（磁控溅射和阴极弧电弧离子镀）制备，具有重要的应用推广价值。

上述刀具的制备方法包括以下步骤：

S1. 对刀具进行辉光清洗后，开启金属Ti电弧靶，沉积Ti金属结合层；

S2. 开启Ti金属，Zr金属以及TiSi合金电弧靶，并同时打开Al溅射靶，通入N₂和C₂H₂在TiAlN缓冲层上沉积TiZrAlSiCN主作用层；

S3. 开启Al溅射靶，通入O₂，在TiZrAlSiCN纳米复合结构主作用层上沉积Al₂O₃表面抗氧化层。

优选地，S1所述辉光清洗的条件为：当真空室的本底真空度为3´10^-3～3´10^-2 Pa时，通入Ar气并控制气压在4´10^-2～3´10^-1 Pa，基片温度400～500 ^oC，负偏压-900～-1400V，开启阳极层离子源电压在800～900 V，电流强度在3～8 A，轰击时间15～40 min。

所述沉积Ti金属结合层的操作为：辉光清洗后，真空调节为0.3～1.8 Pa，打开电弧离子镀金属Ti靶，偏压保持在-600～-900V，对基体轰击10～35min，获得Ti金属结合层，厚度为100～200nm。

S2所述沉积TiZrAlSiCN主作用层的操作为：开启Ti金属靶、Zr金属靶和TiSi合金靶，控制电弧电压20～60V，电弧电流60～90A；同时开启中频磁控溅射Al靶，控制靶电流在10～15A，电压300～500V，占空比60～80%；调节控制Ar气，C₂H₂，N₂气通入，气体流量比例1：2：2～1：2：4，真空度为0.6～1.6 Pa，负偏压-50～-120 V，占空比40～80%，衬底温度300～380^oC，基片转速3～5rpm，制备TiZrAlSiCN纳米复合主作用层，沉积时间60～150min，厚度为1000～3000 nm。

S3所述沉积Al₂O₃表面抗氧化层的操作为：开启中频磁控溅射Al靶，控制溅射靶电压300～500V，电流5～20 A，负偏压-40～-90V，占空比30～80%，衬底温度400～500^oC，调节控制Ar和O₂气通入，真空度为0.4～1.2Pa，Ar：O₂比例在3：1～1：2，制备Al₂O₃表面抗氧化功能层，沉积时间30～100min，厚度400～600 nm。

提供上述刀具的另一种制备方法，即在S1和S2之间，还包括在Ti金属结合层上沉积梯度结构TiAlN缓冲层的步骤。

优选的，所述沉积梯度结构TiAlN缓冲层的操作为：在轰击形成TiZrAlSiCN主作用层完毕后，偏压降到-150～-220V，占空比30～80%，通入N₂，控制气压在0.5～1.2Pa，保持基体温度300～400℃，电弧电压20～50V，电弧电流60～150A，同时开启中频磁控溅射Al靶，控制Al靶电流逐渐增加，从5A提高到15A，占空比60～80%，电压300～500V，开始沉积渐变结构TiAlN缓冲层，沉积20～80min，厚度为300～500 nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种多层纳米复合刀具涂层，包括从内到外沉积于刀具本体表面的Ti金属结合层、TiZrAlSiCN主作用层和Al₂O₃表面抗氧化层；进一步地，所述涂层还包括位于Ti金属结合层和TiZrAlSiCN主作用层之间的梯度结构TiAlN缓冲层；所述梯度结构TiAlN缓冲层可有效减少涂层刀具的内应力，因而具有较好的韧性和结合力；所述TiZrAlSiCN主作用层为纳米复合结构，具有超过70 N的结合力，45GPa的硬度，低达0.3的摩擦系数；所述的Al₂O₃表面抗氧化层进一步提高涂层的在高温下的抗氧化能力；含有本发明上述涂层的刀具经切削实验表明其寿命可大幅度提高。

附图说明

图1是实施例2制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的X射线衍射图像。

图2是实施例3制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的透射电镜（TEM）及选区电子衍射(SAED)图像。

图3是实施例4制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的硬度-压入深度曲线。

图4是实施例5制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的摩擦系数曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

将硬质合金整体式圆柱形铣刀清洗吹干后，放入真空腔室内，当真空室的本底真空度为5´10^-3 Pa时，通入Ar气并控制气压在6´10^-2Pa，基片温度400℃，负偏压-900 V，开启阳极层离子源电压在800 V，电流强度在5 A，轰击时间20min。辉光清洗后，真空调节为0.9Pa，打开电弧离子镀金属Ti靶，偏压保持在-600V，对基体轰击10min，获得Ti金属结合层，厚度为110nm；开启Ti金属靶、Zr金属靶和TiSi合金靶，控制电弧电压25V，电弧电流60A；同时开启中频磁控溅射Al靶，控制靶电流在13A，电压350V，占空比60%；调节控制Ar气，C₂H₂，N₂气通入，气体流量比例1：2：2，真空度为0.6 Pa，负偏压-50 V，占空比80%，衬底温度300℃，基片转速3rpm，制备TiZrAlSiCN纳米复合主作用层，沉积时间60min，厚度为1100 nm；制备的TiZrAlSiCN纳米复合主作用层的各成分比例为：26.1 at.% Ti、13.2 at.% Zr、9.4. at.%Al、8.6 at.% Si、4.2 at.% C、38.5 at.% N。开启中频磁控溅射Al靶，控制溅射靶电压350V，电流12 A，负偏压-40V，占空比30%，衬底温度400℃，调节控制Ar和O₂气通入，真空度为1.2Pa，Ar：O₂比例在3：1，制备Al₂O₃表面抗氧化功能层，沉积时间55min，厚度480 nm，获得刀具1。

实施例2

将硬质合金整体式圆柱形铣刀清洗吹干后，放入真空腔室内，当真空室的本底真空度为3´10^-3 Pa时，通入Ar气并控制气压在4´10^-2 Pa，基片温度450℃，负偏压-900 V，开启阳极层离子源电压在830 V，电流强度在3.2 A，轰击时间20min。辉光清洗后，真空调节为0.9 Pa，打开电弧离子镀金属Ti靶，偏压保持在-700V，对基体轰击28min，获得Ti金属结合层，厚度为150nm；在轰击完毕后，偏压降到-150V，占空比40%，通入N₂，控制气压在0.8Pa，保持基体温度360℃，电弧电压20V，电弧电流120A，同时开启中频磁控溅射Al靶，控制Al靶电流逐渐增加，从5A提高到15A，占空比60%，电压300V，开始沉积渐变结构TiAlN缓冲层，沉积30min，厚度为320 nm；开启Ti金属靶、Zr金属靶和TiSi合金靶，控制电弧电压25V，电弧电流60A；同时开启中频磁控溅射Al靶，控制靶电流在13A，电压350V，占空比60%；调节控制Ar气，C₂H₂，N₂气通入，气体流量比例1：2：2，真空度为0.6 Pa，负偏压-50 V，占空比80%，衬底温度300℃，基片转速3rpm，制备TiZrAlSiCN纳米复合主作用层，沉积时间60min，厚度为1100nm；制备的TiZrAlSiCN纳米复合主作用层的各成分比例为：26.1 at.% Ti、13.2 at.% Zr、9.4. at.% Al、8.6 at.% Si、4.2 at.% C、38.5 at.% N。开启中频磁控溅射Al靶，控制溅射靶电压350V，电流12 A，负偏压-40V，占空比30%，衬底温度400℃，调节控制Ar和O₂气通入，真空度为1.2Pa，Ar：O₂比例在3：1，制备Al₂O₃表面抗氧化功能层，沉积时间55min，厚度480nm，获得刀具2。

图1为实施例2制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的TiZrAlSiCN主作用层的XRD图，可以明显的看出（Ti，Zr，Al）N的衍射峰，从而表明C、Al₂O₃及Si₃N₄以非晶相存在。

实施例3

将硬质合金立体面铣刀清洗吹干后，放入真空腔室内，当真空室的本底真空度为3´10^-3 Pa时，通入Ar气并控制气压在4´10^-2 Pa，基片温度420℃，负偏压-900 V，开启阳极层离子源电压在880 V，电流强度在3.4 A，轰击时间18min。辉光清洗后，真空调节为0.8 Pa，打开电弧离子镀金属Ti靶，偏压保持在-680V，对基体轰击15min，获得Ti金属结合层，厚度为120nm。在轰击完毕后，偏压降到-150V，占空比30%，通入N₂，控制气压在0.7Pa，保持基体温度340℃，电弧电压28V，电弧电流70A，同时开启中频磁控溅射Al靶，控制Al靶电流逐渐增加，从6A提高到15A，占空比65%，电压340V，开始沉积渐变结构TiAlN缓冲层，沉积25min，厚度为360 nm；开启Ti金属靶、Zr金属靶和TiSi合金靶，控制电弧电压50V，电弧电流63A；同时开启中频磁控溅射Al靶，控制靶电流在12A，电压320V，占空比62%；调节控制Ar气，C₂H₂，N₂气通入，气体流量比例1：2：3，真空度为1.2 Pa，负偏压-70 V，占空比70%，衬底温度300℃，基片转速3rpm，制备TiZrAlSiCN纳米复合主作用层，沉积时间70min，厚度为1500 nm；制备的TiZrAlSiCN纳米复合主作用层的各成分比例为：28.1 at.% Ti、12.3 at.% Zr、8.4. at.%Al、7.6 at.% Si、4 at.% C、39.6 at.% N。开启中频磁控溅射Al靶，控制溅射靶电压300V，电流10 A，负偏压-40V，占空比35%，衬底温度400℃，调节控制Ar和O₂气通入，真空度为0.8Pa，Ar：O₂比例在3：1，制备Al₂O₃表面抗氧化功能层，沉积时间60min，厚度600 nm左右，获得刀具3。

图2为实施例3制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的TiZrAlSiCN主作用层的透射电镜（TEM，左图）及选区电子衍射图像（SAED，右图）。从图中可以看出涂层为纳米复合结构，即纳米晶镶嵌于非晶基体中。从SAED图像可以看出衍射环来自于纳米晶（Ti，Zr，Al）N，纳米晶大小在10nm左右。从而推断出TiZrAlSiCN主作用层为纳米复合结构，即纳米晶（Ti，Zr）N镶嵌于非晶Al₂O₃、非晶C及非晶Si₃N₄基体中（nc-（Ti，Zr，Al）N/a-Al₂O₃, a-C, a-Si₃N₄）。

实施例4

将硬质合金立铣刀清洗吹干后，放入真空腔室内，当真空室的本底真空度为4.5´10^-3 Pa时，通入Ar气并控制气压在4´10^-2 Pa，基片温度400℃，负偏压-900 V，开启阳极层离子源电压在800 V，电流强度在3A，轰击时间15min。辉光清洗后，真空调节为1.8 Pa，打开电弧离子镀金属Ti靶，偏压保持在-900V，对基体轰击35min，获得Ti金属结合层，厚度为180nm。在轰击完毕后，偏压降到-190V，占空比38%，通入N₂，控制气压在0.5Pa，保持基体温度400℃，电弧电压50V，电弧电流120A，同时开启中频磁控溅射Al靶，控制Al靶电流逐渐增加，从8A提高到12A，占空比60%，电压320V，开始沉积渐变结构TiAlN缓冲层，沉积60min，厚度为400 nm；开启Ti金属靶、Zr金属靶和TiSi合金靶，控制电弧电压40V，电弧电流60A；同时开启中频磁控溅射Al靶，控制靶电流在13A，电压300V，占空比62%；调节控制Ar气，C₂H₂，N₂气通入，气体流量比例1：2：2，真空度为0.8 Pa，负偏压-50 V，占空比80%，衬底温度300℃，基片转速3rpm，制备TiZrAlSiCN纳米复合主作用层，沉积时间120min，厚度为2000 nm；制备的TiZrAlSiCN纳米复合主作用层的各成分比例为：28.3 at.% Ti、12 at.% Zr、10.2at.% Al、6.6 at.% Si、4.3 at.% C、38.6 at.% N。开启中频磁控溅射Al靶，控制溅射靶电压300V，电流20 A，负偏压-90V，占空比80%，衬底温度500℃，调节控制Ar和O₂气通入，真空度为0.7Pa，Ar：O₂比例在1：1，制备Al₂O₃表面抗氧化功能层，沉积时间80min，厚度540 nm，获得刀具4。

图3为实施例4制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的硬度-压入深度曲线。

实施例5

将硬质合金整体式圆柱形铣刀清洗吹干后，放入真空腔室内，当真空室的本底真空度为3´10^-2 Pa时，通入Ar气并控制气压在3´10^-1 Pa，基片温度500℃，负偏压-1200 V，开启阳极层离子源电压在800V，电流强度在8 A，轰击时间20min。辉光清洗后，真空调节为1.8Pa，打开电弧离子镀金属Ti靶，偏压保持在-600V，对基体轰击35min，获得Ti金属结合层，厚度为200nm。在轰击完毕后，偏压降到-150V，占空比30%，通入N₂，控制气压在0.8Pa，保持基体温度300℃，电弧电压20V，电弧电流100A。同时开启中频磁控溅射Al靶，控制Al靶电流逐渐增加，从10A提高到14A，占空比60%，电压350V，开始沉积渐变结构TiAlN缓冲层，沉积40min，厚度为390 nm。开启Ti金属靶、Zr金属靶和TiSi合金靶，控制电弧电压30V，电弧电流60A；同时开启中频磁控溅射Al靶，控制靶电流在11A，电压300V，占空比80%；调节控制Ar气，C₂H₂，N₂气通入，气体流量比例1：2：2，真空度为0.6Pa，负偏压-50 V，占空比80%，衬底温度300℃，基片转速3rpm，制备TiZrAlSiCN纳米复合主作用层，沉积时间100min，厚度为2100nm。制备的TiZrAlSiCN纳米复合主作用层的各成分比例为：30 at.% Ti、13 at.% Zr、8at.% Al、4 at.% Si、4.3 at.% C、40.7 at.% N。开启中频磁控溅射Al靶，控制溅射靶电压300V，电流5 A，负偏压-40V，占空比30%，衬底温度400℃，调节控制Ar和O₂气通入，真空度为0.7Pa，Ar：O₂比例在1：2，制备Al₂O₃表面抗氧化功能层，沉积时间80min，厚度490 nm，获得刀具5。

图4为实施例5制得的Al₂O₃/TiZrAlSiCN/TiAlN/Ti多层纳米复合涂层的摩擦系数曲线。

采用实施例2的方法制备的涂层综合性能较好，设置对比例1、2、3，对其获得的刀具与前面实施例获得的刀具性能作比较。

对比例1

采用实施例2所述方法制备Ti金属结合层和梯度结构TiAlN缓冲层，并采用专利号为201410170158.3的中国专利的方法获得TiZrAlSiON纳米复合涂层，所述TiZrAlSiON纳米复合涂层位于梯度结构TiAlN缓冲层之上，由本实施例所得涂层获得的刀具命名为刀具6。

对比例2

采用实施例2所述方法制备仅含Ti金属结合层和Al₂O₃表面抗氧化功能层的涂层刀具，命名为刀具7。

对比例3

采用实施例2所述方法制备仅含Ti金属结合层和TiZrAlSiCN主作用层的涂层刀具，命名为刀具8。

实施例6

检测实施例1～5及对比例1～3所获得的刀具的性能，结果如表1。

将实施例1～5及对比例1～3所获得的刀具进行切削实验，实验结果如表2。

Claims (8)

1.一种多层纳米复合刀具涂层，其特征在于，包括从内到外沉积于刀具本体表面的Ti金属结合层、TiZrAlSiCN主作用层和Al₂O₃表面抗氧化层；所述TiZrAlSiCN主作用层的各原子百分比如下： 24～32 at.% Ti、12～22 at.% Zr、8～14 at.% Al、3～12 at.% Si、4～5at.% C、38～42 at.% N。

2.根据权利要求1所述的多层纳米复合刀具涂层，其特征在于，所述Ti金属结合层的厚度为100～200 nm；TiZrAlSiCN主作用层的厚度为1000～3000 nm；Al₂O₃表面抗氧化层厚度为400～600 nm。

3.根据权利要求1所述的多层纳米复合刀具涂层，其特征在于，还包括位于Ti金属结合层和TiZrAlSiCN主作用层之间的梯度结构TiAlN缓冲层。

4.根据权利要求3所述的多层纳米复合刀具涂层，其特征在于，梯度结构TiAlN缓冲层的厚度为300～500 nm。

5.根据权利要求3所述的多层纳米复合刀具涂层，其特征在于，从Ti金属结合层向TiZrAlSiCN主作用层，所述梯度结构TiAlN缓冲层中Al元素的含量逐渐增多，Ti含量逐渐减小。

6.根据权利要求5所述的多层纳米复合刀具涂层，其特征在于，所述Al原子百分比为10～33at.%；所述Ti原子百分比为50～27at.%。

7.含有权利要求1至6任一项所述涂层的刀具。

8.权利要求7所述刀具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 对刀具进行辉光清洗后，开启金属Ti电弧靶，沉积Ti金属结合层；

S2. 开启Ti金属，Zr金属以及TiSi合金电弧靶，并同时打开Al溅射靶，通入N₂和C₂H₂在TiAlN缓冲层上沉积TiZrAlSiCN主作用层；

S3. 开启Al溅射靶，通入O₂，在TiZrAlSiCN纳米复合结构主作用层上沉积Al₂O₃表面抗氧化层。