CN105039919B - CrxAlyY1‑x‑yN纳米复合刀具镀层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了Cr_xAl_yY_1‑x‑yN纳米复合刀具镀层制备方法，具体为：首先对刀具进行清洗和离子清洗，然后依次在刀具表面沉积Cr打底层、Cr‑N梯度过镀层、Cr‑Al‑Y‑N梯度过渡层和Cr_xAl_yY_1‑x‑yN纳米复合工作层，即完成铣刀镀层的制备。本发明所制备的氮化物复合镀层，厚度均匀，微观组织为纳米复合硬质镀层，稀土Y元素的存在可控制室温的晶粒尺度，维持高的硬度和韧性，而Y的优先氧化，降低了温升过程中维持高硬度的Cr的氮化物的氧化程度，保证随温度升高，镀层的硬度及韧性均具有良好的稳定性。因此该镀层适用于高速运转切削工具，作为镀层沉积刀具表面后可以明显提高其使用寿命。

Description

CrxAlyY1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，涉及一种Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法。

背景技术

刀具切削磨损对材料的要求更高，这是因为切削环境的特殊性，失效机制更为复杂。首先，刀具受切削热的影响不可避免，因为除摩擦热之外，超过70％的热量是由于工件材料在切削过程中的塑性变形产生的，特别是在干切削的情况下，温升速率更快，温度更高，对刀具的影响也更大；其次，刀具与工件的接触面积较小，刀具的切削刃往往受极高的载荷和剪切力，而力的存在极大的影响甚至改变了材料的基本性能，提高了材料的化学活性，从而加速了材料热氧化和热扩散的程度；最后，切削磨损过程中除了高温和高压不可避免外，刀具始终承受着力和热的冲击作用，对镀层的断裂韧性和高温韧性有较高的要求，特别是断续切削的状态下，更要求刀具具有一定的抗疲劳和热疲劳的性能。因此，刀具镀层的热稳定性不仅强调红硬性，更应该要求高温韧性的稳定性。

镀层刀具由于良好的切削性能已成为刀具技术的一个重要发展方向。 PVD制备的纳米复合硬质薄膜在强度、硬度和摩擦系数上都优于块体材料，可有效改善刀具的磨损性能。但是，纳米硬质镀层的PVD制备技术往往都是非平衡状态下沉积的，处于高能状态。镀层的内应力远远超过其他材料，一般为10⁷～10⁹Pa数量级。这样大的内应力镀层极易易失稳。其次，由于晶粒尺寸、缺陷密度的有效控制正是纳米多层膜可提高材料性能的设计思想，而这种结构也属于热力学不稳定状态。因此，加热过程中，特别是高温时镀层氧化和相变极易引起热失稳，而内应力的变化必然较大，从而引起镀层开裂、剥落等。现有研究大多更关注镀层的抗氧化性能和红硬性上，对解决韧性稳定性的研究较少，而良好的韧性对镀层抵抗切削过程中的冲击载荷是非常重要的。

尽管纳米复合结构的镀层可以维持一定的细晶，但微纳米晶在受热条件下也更容易长大，要保持镀层晶粒的细小更为不易。目前，在TiSiN、TiBN 体系中有报道表明由于调幅分解可以维持一定的热稳定性，在其他体系中尚未见报道，但TiN系的抗氧化性能较CrN差，如果在抗氧化性能较好的CrAlN 系的镀层中可存在相同原理的体系，使得镀层不仅保持良好的抗氧化性能，而且还能维持第二相的稳定，在温升中仍然能够钉扎住晶界，那么，该镀层理论上即可具有良好的高温硬度和韧性。

稀土元素可细化晶粒，提高镀层的室温力学性能，同时，随着温度升高，由于反应元素的效应，生成的氧化物能够钉扎在晶界处，阻碍晶界的移动，有效抑制镀层的回复与再结晶过程、可以阻止温升过程中的晶粒长大，维持镀层组织的稳定性，提高镀层各成分的分解温度，能够很好的维持镀层的硬度和韧性。但由于反应元素的活性，稀土元素很少以纯金属存在，同时由于制备设备的限制，很少有用纯金属靶材制备的报道，现有的报道中，PVD制膜时往往采用含有稀土元素的合金靶，但合金靶存在不同元素溅射额不同，镀层结构和成分不能精确控制，因此，镀层性能的优势也并不能很好的体现。

发明内容

本发明的目的是提供Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，所制备得到的镀层硬度及韧性均具有良好的稳定性，适用于高速运转切削工具，并且能够明显提高刀具的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是，Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，清洗刀具：

对刀具依次进行超声波丙酮清洗、酒精清洗，烘干，确保刀具表面的洁净程度；

步骤2，刀具离子清洗；

步骤3，制备打底层：

在刀具表面沉积Cr金属层；

步骤4，制备过渡层1：

在打底层上沉积Cr-N梯度镀层；

步骤5，制备过渡层2：

在过渡层1上沉积Cr-Al-Y-N梯度镀层；

步骤6，制备工作层：

在过渡层2上沉积Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合镀层。

本发明的特点还在于，

步骤2具体为：将清洗后的刀具装入镀膜机内，抽真空，当背底真空度达到5.0×10^-5Pa以下，通入氩气Ar，流量控制为15～25sccm，设置工件偏压为-300～-250V，N₂气流量控制开关OEM关闭，开启4个靶材，4个靶材分别为Al靶、Y靶和两个Cr靶，靶电流设置为I_Cr＝0.6A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A，脉冲频率设置为250KHz，脉冲宽度设置为1400ns，进行离子清洗，清洗时间为600～1200s。

步骤3具体为：设置氩气流量为15～25sccm，靶电流I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A，脉冲频率为250KHz，将OEM打开，设定值为100％，脉冲宽度降为500ns，同时设置靶电流I_Cr和工件偏压，进行Cr金属层沉积。

靶电流I_Cr和工件偏压的设置具体为：在60～120s内，I_Cr由0.6A升至2A、工件偏压从-300～-250V降至-70～-50V；Cr金属层的沉积时间为240～360s。

步骤4具体为：设置氩气流量为15～25sccm，工件偏压为-70～-50V，靶电流I_Cr＝2A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A，脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns，同时设置N₂通入流量，开始通入N₂，进行Cr-N梯度镀层沉积。

N₂通入流量设置具体为：在60～120s内，OEM由100％逐步降到80％； Cr-N梯度镀层沉积时间为360～480s。

步骤5具体为：设置氩气流量为15～25sccm，工件偏压为-70～-50V，靶电流I_Cr＝2A，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，同时设置靶电流I_Al、I_Y和N₂通入流量，进行Cr-Al-Y-N梯度镀层沉积。

靶电流I_Al、I_Y和N₂通入流量的设置具体为：在60～120s内，I_Al从0.2A 逐步上升到2A，I_Y从0.2A逐步上升到1～3A，OEM由80％逐步降到45％； Cr-Al-Y-N梯度镀层沉积时间为800～1200s。

步骤6具体为：设置氩气流量为15～25sccm，工件偏压为-70～-50V，靶电流I_Cr＝2A，I_Al＝2A，I_Y＝1～3A，OEM为45％，脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns，进行Cr_xAl_yY_{1-x- y}N纳米复合镀层沉积。

Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合镀层沉积时间为4000～6000s。

本发明的有益效果是，本发明所制备的氮化物复合镀层，选择抗氧化性能良好的CrAlN镀层为基，制备镀层晶粒为纳米级别的层状复合镀层。利用稀土Y元素的优先氧化，降低了温升过程中Cr氮化物的氧化程度，且生成的Y₂O₃氧化物能继续钉扎在晶界，维持晶粒的细小，保证随温度升高，镀层的硬度及韧性均具有良好的热稳定性。

此外，本发明中所有靶材均为纯金属，通过单独控制各个靶材电流，精确控制镀层的结构和成分，使镀层沿垂直基体方向为成分渐变的梯度结构，其梯度依次为：高速钢基体→Cr金属过渡层→N含量逐渐增加的Cr-N梯度层→金属成分逐渐增加的Cr-Al-Y-N梯度层→成分稳定的纳米复合硬质工作层。该结构可很好的防止沉积结构变化带来的应力集中，镀层具有更好的韧性和膜基结合。

基于此，该镀层具有良好的切削磨损性能，作为镀层沉积刀具表面后可以明显提高其使用寿命，不仅可适用于高速连续切削模式，并且可应用于对镀层韧性要求更高的断续切削方式。

附图说明

图1是本发明制备得到Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层透射图。

图中，1.Si基体，2.Cr金属打底层，3.Cr-N梯度过渡层，4.Cr-Al-N-Y 梯度过渡层，5.Cr_xAl_yY_1-x-yN复合纳米工作层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，清洗刀具：

对刀具依次进行超声丙酮清洗、酒精清洗，烘干，确保刀具表面的洁净程度。

步骤2，刀具离子清洗：

将清洗后的刀具装入镀膜机内，抽真空，当背底真空度达到5.0×10^-5Pa 以下，通入氩气Ar，流量控制为15～25sccm。设置工件偏压为-300～-250V， N₂气流量控制开关OEM关闭(N₂气流量控制开关以百分百形式表示，值越高N₂流量越小)，开启4个靶材，4个靶材分别为Al靶、Y靶和两个Cr靶，靶电流设置为I_Cr＝0.6A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A，脉冲频率设置为250KHz，脉冲宽度设置为1400ns，进行离子清洗，清洗时间为600～1200s。

步骤3，制备打底层：

保持氩气流量为15～25sccm不变，保持靶电流为I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，脉冲频率为250KHz不变，将OEM打开，设定值为100％，脉冲宽度降为500ns，同时，在60～120s内，I_Cr由0.6A升至2A、工件偏压从-300～-250V 降至-70～-50V，进行Cr金属打底层沉积，沉积时间为240～360s。得到的Cr 打底层中含有少量Y元素和Al元素。

步骤4，制备过渡层1：

保持氩气流量为15～25sccm不变，保持工件偏压为-70～-50V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，同时，在60～120s内，OEM由100％逐步降到80％，开始通入N₂气，进行Cr-N镀层沉积，沉积时间为360～480s。本层为由金属 Cr打底层过渡到Cr-N层的梯度镀层。Cr-N过渡层中含有少量Y元素和Al 元素。

步骤5，制备过渡层2：

保持氩气流量为15～25sccm不变，保持工件偏压为-70～-50V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，同时，在60～120s内，I_Al从0.2A逐步上升到2A，I_Y从0.2A逐步上升到1～3A， OEM由80％逐步降到45％，进行Cr-Al-Y-N复合镀层沉积，沉积时间为 800～1200s。本层为由Cr-N层过渡到Cr-Al-Y-N层的梯度镀层。

步骤6，制备工作层：

保持氩气流量为15～25sccm不变，保持工件偏压为-70～-50V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝2A，I_Y＝1～3A不变，保持OEM为45％不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，进行Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合工作层沉积，沉积时间为4000～6000s，即完成刀具镀层的制备。

本发明制备得到的镀层是由金属铬(Cr)、铝(Al)、钛(Y)和氮气(N₂) 反应所生成的复合氮化物Cr_xAl_yY_1-x-yN，镀层结构如图1所示，依次从内而外依次包括Cr(含少量Y，Al)打底层、Cr-N(含少量Y，Al)过渡层、 Cr-Al-Y-N(含少量Y)过渡层和Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合工作层，镀层厚度为2μm～3μm；硬度为25～31GPa；弹性模量为290～335GPa；断裂韧性为9～12 MPa·m^1/2。

本发明采用磁控溅射离子镀技术在铣刀上制备纳米复合镀层。

1、理论上，通过加入稀土金属元素Y(钇)，利用稀土Y元素的“活性效应”及“钉扎界面”的特性可同时改善硬质镀层的低温纳米晶回复、再结晶和高温氧化、相变对镀层热磨损性能的影响，Y元素对纳米Cr基多元镀层整个温升过程中内应力的稳定化，不仅可提高高温硬度，同时可改善镀层的高温韧性，该机制适合于刀具镀层的应用。最后，建立Cr-N基纳米镀层的热稳定机制，并对硬质镀层的热稳定化提出可借鉴的解决途径。同时，由于稀土元素Y(钇)的原子半径较大，电负性低，在切削过程中优先氧化，并钉扎在晶界，封堵氧原子扩散的通道，其氧化物能够维持镀层在切削温度下的高硬度和良好的韧性，提高了热稳定性。

2、技术上，本发明同时使用四个纯度为99.99％的纯金属靶材来沉积镀层，得到的镀层中为含有金属Y，Al和Cr的纳米复合氮化物，通过分别调节靶材电流值大小来控制离子流密度，而离子流密度又决定了镀层中Cr、 Al、Y三种金属元素的含量，实现了对镀层成分的准确调整和控制。溅射过程中通入溅射发生媒介Ar气，也是等离子体的主要来源，Ar气流量通过气体流量来控制；N₂是主要反应气体，通过光谱强度监视器OEM(N₂气流量控制阀)监控Cr发射光谱的强度变化并且配合压电阀控制摄入量。

本发明工艺过程中调制周期可准确控制，得到多层的梯度镀层结构，镀层梯度结构的存在能够有效分散于各层之间由于热膨胀系数不同而造成的应力集中，而工作层的多层结构可有效的分散来自外力冲击时出现的垂直微裂纹，有效的阻止裂纹的径向扩展，因而使镀层具有更好的断裂韧性。

对于本发明制备得到的镀层刀具切削性能检测条件如下：

高速钢钻头选用博世公司型号为Ф6的BOSCH-HSS-G磨制麻花钻头。

铣刀选用选用西南工具贵阳索威特工贸公司的3齿超硬直柄立铣刀 (8×19×63mm)。

机床选用西门子840五轴联动机床。

被加工材料为商用的45#钢，硬度HBS为185～196。干式切削。

实施例1

Cr_0.64Al_0.10Y_0.26N镀层的制备及铣削性能检测

步骤1，清洗刀具：

对刀具依次进行超声波丙酮清洗、酒精清洗，烘干。确保刀具表面的洁净程度；

步骤2，刀具离子清洗：

将清洗后的刀具装入镀膜机内，抽真空，当背底真空度达到5.0×10^-5Pa 以下，通入氩气Ar，流量控制为15sccm。将工件偏压设置为-300V，OEM 关闭，然后开启4个靶材，靶电流设置为I_Cr＝0.6A，I_Al＝0.2A和I_Y＝0.2A，脉冲频率设置为250KHz，脉冲宽度设置为1400ns，进行离子清洗，清洗时间为1200s。

步骤3，制备打底层：

保持氩气流量为15sccm不变，保持靶电流为I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，脉冲频率为250KHz不变，然后将OEM打开，设定值为100％，脉冲宽度降为500ns，同时，在60s内，I_Cr由0.6A升至2A、工件偏压从-300V降至-60V。进行Cr(含少量Y，Al)金属打底层沉积，沉积时间为240s。

步骤4，制备过渡层1：

保持氩气流量为15sccm不变，保持工件偏压为-60V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为 500ns不变，同时，在60s内，OEM由100％逐步降到80％，开始通入N₂气，进行Cr-N(含少量Y，Al)镀层沉积，沉积时间为360s。

步骤5，制备过渡层2：

保持氩气流量为15sccm不变，保持工件偏压为-60V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，同时，在60s内，I_Al从0.2A逐步上升到2A、I_Y从0.2A逐步上升到3A、OEM由 80％逐步降到45％，进行Cr-Al-Y-N复合镀层沉积，沉积时间为1200s。

步骤6，制备工作层：

保持氩气流量为15sccm不变，保持工件偏压为-60V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝2A，I_Y＝3A不变，保持OEM为45％不变，保持脉冲频率为 250KHz，脉冲宽度为500ns不变，进行Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合工作层沉积，沉积时间为6000s。即得到Cr_0.64Al_0.10Y_0.26N镀层。

镀层刀具切削性能检测，切削参数：V_f＝250mm/min，V_B＝0.2mm，a_e＝3mm， a_p＝2mm，测试实验结果如表1：

表1 镀层铣刀工况下切削实验结果比较 (以主切削刃1/2处的磨损V_B＝0.2mm为失效判据)

切削速度	30m/min	40m/min
			高速钢铣刀	4.4米	2米
实例1镀层铣刀	6.4米	6.2米
			提高倍数	1.5	3.1

实施例2

Cr_0.77Al_0.15Y_0.08N镀层的制备及铣削性能检测

步骤1，清洗刀具：

对刀具依次进行超声波丙酮清洗、酒精清洗，烘干。确保刀具表面的洁净程度；

步骤2，刀具离子清洗：

将清洗后的刀具装入镀膜机内，抽真空，当背底真空度达到5.0×10^-5Pa 以下，通入氩气Ar，流量控制为20sccm。将工件偏压设置在-270V范围内， OEM关闭，然后开启4个靶材，靶电流设置为I_Cr＝0.6A，I_Al＝0.2A和I_Y＝0.2A，脉冲频率设置为250KHz，脉冲宽度设置为1400ns，进行离子清洗，清洗时间为1000s。

步骤3，制备打底层：

保持氩气流量为20sccm不变，保持靶电流为I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，脉冲频率为250KHz不变，然后将OEM打开，设定值为100％，脉冲宽度降为500ns，同时，在90s内，I_Cr由0.6A升至2A、工件偏压从-270V降至-70V，进行Cr(含少量Y，Al)金属打底层沉积，沉积时间为360s。

步骤4，制备过渡层1：

保持氩气流量为20sccm不变，保持工件偏压为-70V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为 500ns不变，同时，在90s内，OEM由100％逐步降到80％，开始通入N₂气，进行Cr-N(含少量Y，Al)镀层沉积，沉积时间为480s。

步骤5，制备过渡层2：

保持氩气流量为20sccm不变，保持工件偏压为-70V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，同时，在90s内，I_Al从0.2A逐步上升到2A、I_Y从0.2A逐步上升到1A、OEM由 80％逐步降到45％，进行Cr-Al-Y-N复合镀层沉积，沉积时间为1000s。

步骤6，制备工作层：

保持氩气流量为20sccm不变，保持工件偏压为-70V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝2A，I_Y＝1A不变，保持OEM为45％不变，保持脉冲频率为 250KHz，脉冲宽度为500ns不变，进行Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合工作层沉积，沉积时间为5000s。即得到Cr_0.77Al_0.15Y_0.08N镀层。

铣削切削参数：V_C＝40m/min，V_B＝0.2mm，a_e＝3mm，a_p＝2mm；钻削参数：V_C＝25m/min，f＝0.16mm/r，在干式切削条件下钻削15mm的盲孔。

测试实验结果如表2：

表2 镀层刀具工况下铣削实验结果比较(以主切削刃1/2处的磨损V_B＝0.2mm为失效判据)

铣削进给量	250m/min	350m/min
			高速钢铣刀	2米	3.2米
实例2镀层铣刀	7.6米	11.2米
			提高倍数	3.2	3.5

表3 镀层刀具工况下铣削实验结果比较 (以主切削刃V_Bmax＝0.35mm为判据)

刀具	钻孔数
		高速钢钻头	86个
实例2镀层钻头	277个
		提高倍数	3.2

实施例3

Cr_0.81Al_0.13yY_0.06N镀层的制备及铣削性能检测

步骤1，清洗刀具：

对刀具依次进行超声波丙酮清洗、酒精清洗，烘干。确保刀具表面的洁净程度；

步骤2，刀具离子清洗：

将清洗后的刀具装入镀膜机内，抽真空，当背底真空度达到5.0×10^-5Pa 以下，通入氩气Ar，流量控制为25sccm。将工件偏压设置在-250V范围内，OEM关闭，然后开启4个靶材，靶电流设置为I_Cr＝0.6A，I_Al＝0.2A和I_Y＝0.2A，脉冲频率设置为250KHz，脉冲宽度设置为1400ns，进行离子清洗，清洗时间为600s。

步骤3，制备打底层：

保持氩气流量为25sccm不变，保持靶电流为I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，脉冲频率为250KHz不变，然后将OEM打开，设定值为100％，脉冲宽度降为500ns，同时，在120s内，I_Cr由0.6A升至2A、工件偏压从-250V降至-50V，进行Cr(含少量Y，Al)金属打底层沉积，沉积时间为300s。

步骤4，制备过渡层1：

保持氩气流量为25sccm不变，保持工件偏压为-50V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为 500ns不变，同时，在120s内，OEM由100％逐步降到80％，开始通入N₂气，进行Cr-N(含少量Y，Al)镀层沉积，沉积时间为400s。

步骤5，制备过渡层2：

保持氩气流量为25sccm不变，保持工件偏压为-50V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A不变，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，同时，在120s内，I_Al、I_Y从0.2A逐步上升到2A、OEM由80％逐步降到45％，进行Cr-Al-Y-N复合镀层沉积，沉积时间为800s。

步骤6，制备工作层：

保持氩气流量为25sccm不变，保持工件偏压为-50V不变，保持靶电流为I_Cr＝2A，I_Al＝2A，I_Y＝2A不变，保持OEM为45％不变，保持脉冲频率为 250KHz，脉冲宽度为500ns不变，进行Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合工作层沉积，沉积时间为4000s。即得到Cr_0.81Al_0.13yY_0.06N镀层。

镀层刀具切削性能检测，切削实验参数：V_f＝250mm/min，V_B＝0.2mm， a_e＝3mm，a_p＝2mm，测试实验结果如表4：

表4 镀层铣刀工况下切削实验比较 (以主切削刃1/2处的磨损V_B＝0.2mm为失效判据)

切削速度	30m/min	40m/min
			高速钢铣刀	4.4米	2米
实例3镀层铣刀	9.8米	7.6米
			提高倍数	2.2	3.8

Claims (7)

1.Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤1，清洗刀具：

对刀具依次进行超声波丙酮清洗、酒精清洗，烘干，确保刀具表面的洁净程度；

步骤2，刀具离子清洗；

步骤3，制备打底层：

在刀具表面沉积Cr金属层；

步骤4，制备过渡层1：

在打底层上沉积Cr-N梯度镀层，具体为：设置氩气流量为15～25sccm，工件偏压为-70～-50V，靶电流I_Cr＝2A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A，脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns，同时设置N₂通入流量，开始通入N₂，进行Cr-N梯度镀层沉积；

步骤5，制备过渡层2：

在过渡层1上沉积Cr-Al-Y-N梯度镀层，具体为：设置氩气流量为15～25sccm，工件偏压为-70～-50V，靶电流I_Cr＝2A，保持脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns不变，同时设置靶电流I_Al、I_Y和N₂通入流量，进行Cr-Al-Y-N梯度镀层沉积；

步骤6，制备工作层：

在过渡层2上沉积Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合镀层，具体为：设置氩气流量为15～25sccm，工件偏压为-70～-50V，靶电流I_Cr＝2A，I_Al＝2A，I_Y＝1～3A，OEM为45％，脉冲频率为250KHz，脉冲宽度为500ns，进行Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合镀层沉积。

2.根据权利要求1所述的Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，其特征在于，所述步骤2具体为：将清洗后的刀具装入镀膜机内，抽真空，当背底真空度达到5.0×10^-5Pa以下，通入氩气Ar，流量控制为15～25sccm，设置工件偏压为-300～-250V，N₂气流量控制开关OEM关闭，开启4个靶材，4个靶材分别为Al靶、Y靶和两个Cr靶，靶电流设置I_Cr＝0.6A，I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A，脉冲频率设置为250KHz，脉冲宽度设置为1400ns，进行离子清洗，清洗时间为600～1200s。

3.根据权利要求1所述的Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，其特征在于，所述步骤3具体为：设置氩气流量为15～25sccm，靶电流I_Al＝0.2A，I_Y＝0.2A，脉冲频率为250KHz，将OEM打开，设定值为100％，脉冲宽度降为500ns，同时设置靶电流I_Cr和工件偏压，进行Cr金属层沉积。

4.根据权利要求3所述的Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，其特征在于，所述靶电流I_Cr和工件偏压的设置具体为：在60～120s内，I_Cr由0.6A升至2A、工件偏压从-300～-250V降至-70～-50V；Cr金属层的沉积时间为240～360s。

5.根据权利要求1所述的Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，其特征在于，所述步骤4中，N₂通入流量设置具体为：在60～120s内，OEM由100％逐步降到80％；Cr-N梯度镀层沉积时间为360～480s。

6.根据权利要求1所述的Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，其特征在于，所述步骤5中，靶电流I_Al、I_Y和N₂通入流量的设置具体为：在60～120s内，I_Al从0.2A逐步上升到2A，I_Y从0.2A逐步上升到1～3A，OEM由80％逐步降到45％；Cr-Al-Y-N梯度镀层沉积时间为800～1200s。

7.根据权利要求1所述的Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合刀具镀层制备方法，其特征在于，所述步骤6中，Cr_xAl_yY_1-x-yN纳米复合镀层沉积时间为4000～6000s。