CN108690983B - 耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层、其制备方法与应用 - Google Patents

耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层、其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层，其包括依次形成于基体上的结合层和耐磨耐蚀层，所述结合层采用Cr层，所述耐磨耐蚀层采用CrAlSiN层，所述CrAlSiN层具有非晶纳米晶结构，并包含面心立方结构CrN相、AlN强化相及非晶态Si3N4相，所述非晶态Si3N4相包裹所述CrN相和AlN强化相。该复合涂层具有优异的承载抗磨能力和耐腐蚀性能，能够满足恶劣工况条件下对各类零部件、设施的高性能要求，具有良好的应用前景。本发明还公开了所述复合涂层的制备方法，其简单易行，可实现批量生产。

Description

耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层、其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种耐磨耐蚀涂层，具体涉及一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层及其制备方法于应用，例如在海工装备、近海设施、船舶舰艇等海洋环境中的应用，属于材料腐蚀技术领域。
背景技术
随着深海资源的逐步开发和利用，海洋工程材料面临着巨大腐蚀与磨损，该问题将严重制约重大海洋工程技术和装备的发展，其腐蚀失效问题更是严重影响海洋工程和装备的可靠性和寿命，材料的腐蚀防护技术已成为我国海洋工程领域亟待解决的问题。比如阀门，密封环等作为与海水直接接触的关键摩擦零部件在使用过程中，长时间处于海水介质中并受到严重的腐蚀和磨损，服役条件相当苛刻。而物理气象沉淀技术(PVD方法)是在工件表面沉积纳米至微米级的防护性涂层，同时涂层厚度精确可控，不影响精密零部件的使用尺寸，为解决在苛刻条件下服役的关键摩擦零部件提供了一种行之有效的防护方法。
截至目前为止，CrN涂层由于硬度高，耐磨性好，化学性能稳定等优点被广泛运用于各个行业，成为运用最广且性能最为稳定的PVD防护涂层之一。然而，传统的CrN涂层因具有显著的柱状晶结构而易在腐蚀介质中形成贯穿性的腐蚀通道，进而导致材料剥离甚至失效，尤其是在高载荷条件下更容易失效。因此，传统的CrN涂层已经无法满足海洋极端环境下所面临的工件需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层、其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层，其包括依次形成于基体上的结合层和耐磨耐蚀层，所述结合层采用Cr层，所述耐磨耐蚀层采用CrAlSiN层。
进一步的，所述CrAlSiN层具有非晶纳米晶结构，并包含面心立方结构CrN相、AlN强化相及非晶态Si3N4相，所述非晶态Si3N4相包裹所述CrN相和AlN强化相。
优选的，所述CrAlSiN层中的CrN相含量为10～20wt％，AlN相含量为6～10wt％，Si3N4相含量为15～45wt％。
本发明实施例还提供了一种制备所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层的方法，其包括如下步骤：
对基体表面进行离子渗氮处理和/或离子刻蚀处理；
以及，依次于所述基体表面沉积Cr层和CrAlSiN层，形成所述复合涂层。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法还可以包括：对基体表面进行表面清洁处理，之后对洁净的基体表面依次进行离子渗氮处理和离子刻蚀处理。
本发明实施例还提供了所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层于金属材料和/或非金属材料表面防护领域的用途。优选的，所述金属材料和/或非金属材料包括海洋工程材料。
较之现有技术，本发明至少具有如下优点：
(1)本发明的耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层通过采用过渡层设计，有效提高了基底与涂层之间的结合力，也大幅提高了涂层的承载抗磨能力，特别是在CrAlSiN层中不同含量Si形成Si3N4非晶结构的扰乱了CrN、AlN晶向生长，使Si3N4非晶结构包裹着CrN、AlN晶体，能够有效防止腐蚀介质贯穿涂层引起涂层失效和剥落，显著提高涂层的耐腐蚀性能。
(2)本发明的制备方法中采用多弧离子镀技术，通过控制氩气流量、氮气流量以及改变AlSi靶中的Al、Si比例，即可制备Cr/CrAlSiN复合涂层，并使CrAlSiN层的成分可调，使该复合涂层具有优异耐磨损、耐腐蚀和抗接触疲劳特性，制备工艺简单易行，可实现批量生产；
(3)本发明的耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层能够满足恶劣工况条件下对阀门密封件、齿轮、紧固件等零部件的高性能要求，在高精度水气输送系统装备、石油化工管道以及核电站设备等中具有良好的应用前景。
附图说明
图1a-图1f分别是本发明实施例1中一些典型Cr/CrAlSiN复合涂层的截面形貌图。
图2是本发明实施例1中一些典型Cr/CrAlSiN复合涂层的XRD谱图。
图3是本发明实施例1中编号为S2的复合涂层内Si的XPS拟合图谱。
图4是本发明本发明实施例1中一些典型Cr/CrAlSiN复合涂层的纳米硬度图。
图5是本发明本发明实施例1中一些典型Cr/CrAlSiN复合涂层的极化曲线图。
图6是本发明本发明实施例1中一些典型Cr/CrAlSiN复合涂层在海水环境中的磨损率测试图。
具体实施方式
本发明实施例的一个方面提供的一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层包括依次形成于基体上的结合层和耐磨耐蚀层，所述结合层采用Cr层，所述耐磨耐蚀层采用CrAlSiN层。
其中，所述结合层亦可被视为复合涂层的底层或耐磨耐蚀层与基体之间的过渡层。
其中，所述耐磨耐蚀层亦可被作为面层。
优选的，所述复合涂层的厚度为5μm～20μm。
优选的，所述Cr层的厚度为0.2μm～1μm。
优选的，所述CrAlSiN层的厚度为4.8μm～19μm。
优选的，所述CrAlSiN层的Si含量为2at.％～10at.％。
优选的，AlSi靶材中Al:Si含量为9:1～1:1；
优选的，所述CrAlSiN层具有非晶纳米晶结构，并包含面心立方结构CrN相、AlN强化相及非晶态Si3N4相，所述非晶态Si3N4相包裹所述CrN相和AlN强化相。
优选的，所述CrAlSiN层中的CrN相含量为10～20wt％，AlN相含量为6～10wt％，Si3N4相含量为15～45wt％。
其中，所述基体可选自金属基体，例如可以是不锈钢等硬质合金。
进一步的，所述复合涂层直接形成于基体表面，并且所述基体表面是预先经过离子渗氮处理的。更为优选的，所述基体表面还预先经过离子刻蚀处理，用以除去表面氧化物质及污染物。
本发明实施例的另一个方面提供的一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层的制备方法可以包括如下步骤：
对基体表面进行离子渗氮处理和/或离子刻蚀处理；
以及，依次于所述基体表面沉积Cr层和CrAlSiN层，形成所述复合涂层。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法包括：对基体表面进行表面清洁处理，之后对洁净的基体表面依次进行离子渗氮处理和离子刻蚀处理，有净化表面作用，能去除工件表面钝化膜及污染物。
进一步的，所述表面清洁处理包括：依次以除油剂和一种以上有机溶剂对所述基体表面进行超声清洗，直至基体表面洁净。
例如，所述表面清洁处理具体可以包括：先将样品(基体)置入除油剂(如石油醚)中用超声清洗30min以上而除去样品表面的油污，接着放入丙酮中超声清洗10-20min，随后在无水乙醇中超声清洗10-20min，最后取出用氮气吹干，再进行离子渗氮处理。
在一些较佳实施方案中，所述离子渗氮处理包括：将表面洁净的基体置入镀膜设备的腔体，并通入氮气，工作气压控制在8～10Pa，在基体上施加-800～-1000V负偏压，温度控制在450～500℃，渗氮处理时间为2～4h。
优选的，在所述离子渗氮处理过程中，所述氮气的流量为1000～1200sccm。
优选的，在所述离子渗氮处理过程中，所述氮气的纯度在99.95％以上。
在一些较佳实施方案中，所述离子刻蚀处理包括：将基体置入镀膜设备的腔体，并将所述腔体抽真空至3×10-3Pa～5×10-3Pa，再将基体加热至400℃～450℃，之后利用Ar离子体对施加负偏压的基体表面进行刻蚀。
进一步优选的，所述离子刻蚀处理的条件包括：高纯Ar流量控制在100～300sccm，选择Cr靶为直流电源，设定靶电流为50～70A，在-900～-1200V偏压下持续轰击基体表面5～10min。
优选的，在所述离子刻蚀处理过程中，所述高纯氩气的纯度在99％以上。
优选的，在所述离子刻蚀处理过程中，所述Cr靶的纯度在99％以上。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法具体包括：将经过离子渗氮处理和/或离子刻蚀处理的基体置于镀膜设备的腔体内，选用Cr靶，靶电流设定为40～100A，在基体上施加-20～-50V负偏压，控制加热温度为400℃～450℃，氩气流量保持为300sccm～350sccm，沉积时间为0.5h～1h，从而于所述基体表面沉积形成所述Cr层。
优选的，所述氩气的纯度在99％以上。
优选的，所述Cr靶的纯度在99％以上。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法具体包括：将表面沉积有所述Cr层的基体置于镀膜设备的腔体内，选用Cr及AlSi靶，靶电流设定为40～100A，基体上施加-20～-50V的负偏压，控制加热温度为400℃～450℃，氩气流量保持为0～100sccm，氮气流量为500sccm～700sccm，沉积时间为2h～4h，从而于沉积形成所述CrAlSiN涂层。
优选的，可以通过控制所述AlSi靶中Al与Si的比例，使所述CrAlSiN层的Si含量在0,2at.％～10at.％范围内可调。
优选的，所述Cr靶及AlSi靶的纯度均在99.9％以上。
优选的，所述氮气的纯度在99.9％以上。
优选的，所述镀膜设备中设置复数组靶，每组靶包括一个以上Cr靶和一个以上AlSi靶，且每组靶中的一个Cr靶与相应的一个AlSi靶相互垂直设置。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法还可包括：在镀膜设备的腔体对基体表面依次进行离子渗氮处理和离子刻蚀处理后，再依次于所述基体表面沉积Cr层和CrAlSiN层，之后将所获复合涂层在真空环境中冷却至220℃以下，其后在保护气氛中冷却至100℃以下。
在本发明的一些较为具体的实施方案中，一种制备所述Cr/CrAlSiN复合涂层的方法可以包括以下步骤：
(1)样品前处理：依照上文所述方式，对样品(即基体)表面进行清洁处理，之后进行离子渗氮处理；
作为优选，上述的离子渗氮处理具体为：将经清洁处理后的基体置于镀膜设备的腔体中，通入氮气流量为1000～1200sccm，工作气压控制在8～10Pa，基体施加-800～-1000V负偏压，温度控制在450～500℃，渗氮处理时间为2～4h。
(2)离子刻蚀：将样品置于镀膜设备的腔体，背底真空预抽至(3～5)×10-3Pa，再将基体加热至400℃～450℃，之后利用氩气离子体对施加负偏压的基体表面轰击活化。优选的，可以通入高纯Ar，流量控制在100-300sccm，选择Cr靶为直流电源，设定靶电流为50-70A，在-900～-1200V偏压下持续轰击样品5～10min。
(3)沉积过渡层：为提高涂层结合力，选用Cr靶，靶电流设定为40～100A，工件上施加-20～-50V负偏压，控制加热温度为400℃～450℃，氩气流量保持为300sccm～350sccm，沉积时间为0.5h～1h，得到Cr过渡层。
(4)沉积CrAlSiN涂层：选用Cr及AlSi靶，靶电流设定为40～100A，工件上施加-20～-50V负偏压，控制加热温度为400℃～450℃，氩气流量保持为0～100sccm，氮气流量为500sccm～700sccm，沉积时间为2h～4h，通过控制AlSi靶中Al与Si的比例来得到不同Si含量的CrAlSiN层(例如，Si含量为0、2at.％、4at.％、6at.％、8at.％或10at.％)，其中通过改变Si含量可以改善涂层的耐磨耐蚀的性能。
(5)取出样品：待复合涂层沉积完毕后，在真空环境下冷却至220℃以下，然后在氮气保护气氛下冷却至100℃以下，最后放气至大气压，开腔出炉，即在基体表面获得复合涂层。
本发明实施例的又一个方面还提供了所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层于金属材料和/或非金属材料表面防护领域的用途。
优选的，所述金属材料和/或非金属材料包括海洋工程材料。
例如，本发明实施例还提供了一类设备，至少在所述设备表面和/或内部的局部区域上覆设有所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层。所述设备可以是高精度水气输送系统装备、石油化工管道以及核电站设备等，且不限于此。
例如，本发明实施例还提供了一类海洋快速开发设备，并且至少在所述海洋快速开发设备表面和/或内部的局部区域上覆设有所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层。
例如，本发明实施例还提供了一类工件，至少在所述工件表面和/或内部的局部区域上覆设有所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层。所述的复合涂层能够满足恶劣工况条件下对阀门密封件、齿轮、紧固件等工件的高性能要求。
以下结合附图及若干实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
实施例1：以304不锈钢球体作为样品，在其表面形成Cr/CrAlSiN复合涂层的工艺包括以下步骤：
(1)样品前处理：为了除去样品表面的油污，先将样品放至除油剂(如石油醚)中用超声清洗30min，接着放入丙酮中超声清洗10min，随后在无水乙醇中超声清洗10min，最后取出用氮气吹干，进行离子渗氮处理。
作为优选的，上述的离子渗氮处理具体包括：将清洁处理后的基体置于镀膜设备的腔体中，通入氮气流量为1000sccm，工作气压控制在8Pa，基体施加-800V负偏压，温度控制在450℃，渗氮处理时间为2h。其中氮气的纯度为99.95％以上。
(2)离子刻蚀：将样品置入镀膜设备的腔体，将基体加热至400℃，腔体真空预抽至3×10-3Pa后利用氩气离子体对施加负偏压的基体表面轰击活化。通入高纯Ar，流量控制在100sccm，选择Cr靶为直流电源，设定靶电流为50A，在-900V偏压下持续轰击样品8min。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上。作为优选，所用的Cr靶纯度选用99％以上。
(3)沉积过渡层：为提高涂层结合力，选用Cr靶，靶电流设定为40A，工件上施加-20V负偏压，控制加热温度为400℃，氩气流量保持为100sccm，沉积时间为0.5h，得到Cr过渡层。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上。作为优选，所用的Cr靶纯度选用99％以上。
(4)沉积CrAlSiN涂层：选用Cr及AlSi靶，靶电流设定为40A，工件上施加-20V负偏压，控制加热温度为400℃，氩气流量保持为100sccm，氮气流量为500sccm，沉积时间为2h，通过控制AlSi靶中Al与Si的比例来得到不同Si含量的CrAlSiN层(如，Si含量分别为0,2at.％,4at.％,6at.％,8at.％,10at.％)，而所获的Cr/CrAlSiN复合涂层可以依次命名为S0，S1，S2，S3，S4，S5。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上，氮气的纯度为99.95％以上。作为优选，所用的Cr及AlSi靶纯度选用99％以上。作为优选，上述的镀膜设备中的Cr靶和AlSi靶成组设置，每组中Cr靶和AlSi靶垂直设置。
(5)取出样品：待复合涂层沉积完毕后，将样品在镀膜设备中于真空环境下冷却至220℃以下，然后在氮气保护气氛下冷却至100℃以下，最后放气至大气压，开腔出炉，即在基体表面获得复合涂层。
使用FEI Quanta FEG 250场发射扫描电子显微镜对涂层的截面形貌进行表征，电子枪加速电压8～10kV，选择ETD检测器进行成像分析；采用Bruker-AXS D8 Advance型X射线衍射仪在40mA及40kV条件下以0.02°步长对涂层进行扫描；选用Kratos-Axis Ultra DLD型X射线光电子能谱仪(XPS)对涂层实施元素价态及化学键组成分析。实验结果表面：CrN涂层呈现出明显的柱状晶结构且厚度最低，而CrAlSiN涂层结构致密，涂层厚度伴随硅含量的增加呈递增趋势(参阅图1a-图1f所示，其分别对应于S0、S1、S2、S3、S4、S5)。参阅图2的XRD图谱及图3的XPS图谱所示，CrN涂层主要由面心立方结构的CrN相组成，而在掺杂Al及Si后，涂层中产生了强化相AlN及非晶态的Si3N4相，形成一种典型的非晶纳米晶结构，改善涂层的性能，而且Si3N4相在摩擦过程中能与水发生反应形成硅胶(Si(OH)4)，具有良好的润滑作用。
在PGSTAT302型Autolab电化学工作站上，选用饱和甘汞电极作为参比电极、铂电极作为辅助电极及前述的S0、S1、S2、S3、S4、S5复合涂层作为工作电极共同构成三个电极体系，在人工标准海水环境中进行塔菲尔曲线测量；选用MTS-Nano G200纳米压入测试平台以连续刚度法测定涂层的硬度与弹性模量，在样品上选择6个不同区域，以Berkovich金刚石压头压入固定深度(1000nm)后卸载，获得压入-卸载曲线，计算得到涂层的硬度，然后取平均值。
采用UMT-3多功能摩擦磨损试验机对前述的S0、S1、S2、S3、S4、S5复合涂层在海水环境下的摩擦磨损寿命进行评价，摩擦实验采用往复滑动方式，滑动频率分别为5Hz，载荷为10N，环境温度20℃，相对湿度70％，Φ＝3mm YG-6硬质WC合金球作为摩擦配副。测试结果表明：CrN涂层的硬度约为19GPa，而在掺杂Al及Si后，涂层的硬度得到明显改善，在硅含量为4at％时(S2)达到最高，为38GPa；同时，CrN涂层的腐蚀电流密度在E-6次方，而在掺杂Al及Si后，涂层的腐蚀电流密均下降了一个数量级(E-7次方)，耐蚀性得到显著提高；在海水环境下，CrN涂层的磨损率达到最高，在掺杂Al及Si后，涂层的磨损率下降了1～2数量级，其中，在Si含量为4at％时(S2)达到最低，表现出最佳的耐磨性。
实施例2：以316不锈钢制成的球阀作为基体，在其表面形成Cr/CrAlSiN复合涂层的工艺包括以下步骤：
(1)样品前处理：为了除去样品表面的油污，先将样品放至除油剂(如石油醚)中用超声清洗30min，接着放入丙酮中超声清洗10min，随后在无水乙醇中超声清洗10min，最后取出用氮气吹干，进行离子渗氮处理。
作为优选，上述的离子渗氮处理具体为：将清洁处理后的基体置于镀膜设备真空腔体中，通入氮气流量为1200sccm，工作气压控制在9Pa，基体施加-1000V负偏压，温度控制在500℃，渗氮处理时间为4h。作为优选，氮气的纯度为99.95％以上。
(2)离子刻蚀：将样品置于镀膜设备真空腔体，将基体加热至450℃，腔体真空预抽至5×10-3Pa后利用氩气离子体对施加负偏压的基体表面轰击活化。通入高纯Ar，流量控制在300sccm，选择Cr靶为直流电源，设定靶电流为70A，在-1200V偏压下持续轰击样品8min。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上。作为优选，所用的Cr靶纯度选用99％以上。
(3)沉积过渡层：为提高涂层结合力，选用Cr靶，靶电流设定为100A，工件上施加-50V负偏压，控制加热温度为450℃，氩气流量保持为300sccm，沉积时间为1h，得到Cr过渡层。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上。作为优选，所用的Cr靶纯度选用99％以上。
(4)沉积CrAlSiN涂层
选用Cr及AlSi靶，靶电流设定为100A，工件上施加-50V负偏压，控制加热温度为450℃，氩气流量保持为0sccm，氮气流量为600sccm，沉积时间为2h，通过控制AlSi靶中Al与Si的比例来得到不同Si含量的CrAlSiN层(0,2at.％,4at.％,6at.％,8at.％,10at.％)。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上，氮气的纯度为99.95％以上。作为优选，所用的Cr及AlSi靶纯度选用99％以上。
实施例3：以316不锈钢制成的蝶阀作为基体，包括以下步骤：在其表面形成Cr/CrAlSiN复合涂层的工艺包括以下步骤：
(1)样品前处理：为了除去样品表面的油污，先将样品放至除油剂(如石油醚)中用超声清洗30min，接着放入丙酮中超声清洗15min，随后在无水乙醇中超声清洗15min，最后取出用氮气吹干，进行离子渗氮处理。
作为优选，上述的离子渗氮处理具体为：将清洁处理后的基体置于镀膜设备真空腔体中，通入氮气流量为1100sccm，工作气压控制在9Pa，基体施加-900V负偏压，温度控制在480℃，渗氮处理时间为3h。作为优选，氮气的纯度为99.95％以上。
(2)离子刻蚀：将样品置于镀膜设备真空腔体，将基体加热至430℃，腔体真空预抽至4×10-3Pa后利用氩气离子体对施加负偏压的基体表面轰击活化。通入高纯Ar，流量控制在200sccm，选择Cr靶为直流电源，设定靶电流为60A，在-1100V偏压下持续轰击样品8min。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上。作为优选，所用的Cr靶纯度选用99％以上。
(3)沉积过渡层：为提高涂层结合力，选用Cr靶，靶电流设定为70A，工件上施加-35V负偏压，控制加热温度为430℃，氩气流量保持为325sccm，沉积时间为0.75h，得到Cr过渡层。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上。作为优选，所用的Cr靶纯度选用99％以上。
(4)沉积CrAlSiN涂层
选用Cr及AlSi靶，靶电流设定为70A，工件上施加-35V负偏压，控制加热温度为430℃，氩气流量保持为50sccm，氮气流量为550sccm，沉积时间为3h，通过控制AlSi靶中Al与Si的比例来得到不同Si含量的CrAlSiN层(0,2at.％,4at.％,6at.％,8at.％,10at.％)。作为优选，所述的氩气纯度选用99％以上，氮气的纯度为99.95％以上。作为优选，所用的Cr及AlSi靶纯度选用99％以上。
参照实施例1的方式对实施例2、3获得的一系列Cr/CrAlSiN复合涂层的形貌、结构及性能测试，亦可获得与实施例1相似的测试结果。
此外，本案发明人还参照实施例1-3的方案，并采用本说明书中记载的其它工艺条件进行了一系列的实验，并制得了一系列Cr/CrAlSiN复合涂层，经测试表明，其均具有优异耐磨损、耐腐蚀和抗接触疲劳特性。
因此，本发明的Cr/CrAlSiN复合涂层能够有效保护基体，使基体满足恶劣工况条件下高性能要求，提高使用寿命，保证设备的长期稳定运行。本发明的Cr/CrAlSiN复合涂层尤其适合作为用于海水环境中各类阀门以及齿轮、紧固件等机械运动基础件的外表涂层。
应当理解，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
对基体表面进行离子渗氮处理和/或离子刻蚀处理，其中，所述离子渗氮处理包括：将表面洁净的基体置入镀膜设备的腔体，并通入氮气，所述氮气的流量为1000~1200sccm，工作气压控制在8~10Pa，在基体上施加-800~-1000V负偏压，温度控制在450~500℃，渗氮处理时间为2~4h；所述离子刻蚀处理包括：将基体置入镀膜设备的腔体，并将所述腔体抽真空至3×10-3Pa～5×10-3Pa，再将基体加热至400℃~450℃，之后利用Ar离子体对施加负偏压的基体表面进行刻蚀，所述离子刻蚀处理的条件包括：高纯Ar流量控制在100~300sccm，选择Cr靶为直流电源，设定靶电流为50~70A，在-900~-1200V偏压下持续轰击基体表面5~10min；
将经过离子渗氮处理和/或离子刻蚀处理的基体置于镀膜设备的腔体内，选用Cr靶，靶电流设定为40~100A，在基体上施加-20~-50V负偏压，控制加热温度为400℃~450℃，氩气流量保持为300sccm~350sccm，沉积时间为0.5h~1h，从而于所述基体表面沉积形成所述Cr层；
将表面沉积有所述Cr层的基体置于镀膜设备的腔体内，选用Cr及AlSi靶，所述AlSi靶材中Al:Si含量为9:1~1:1，靶电流设定为40~100A，基体上施加-20~-50V的负偏压，控制加热温度为400℃~450℃，氩气流量保持为0~100sccm，氮气流量为500sccm ~700sccm，沉积时间为2h~4h，从而于沉积形成CrAlSiN涂层，形成所述复合涂层；
所述耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层包括依次形成于基体上的结合层和耐磨耐蚀层，所述结合层采用Cr层，所述耐磨耐蚀层采用CrAlSiN层，所述复合涂层的厚度为5μm~20μm，所述Cr层的厚度为0.2μm~1μm，所述CrAlSiN层的厚度为4.8μm~19μm，所述CrAlSiN层具有非晶纳米晶结构，并包含面心立方结构CrN相、AlN强化相及非晶态Si3N4相，所述非晶态Si3N4相包裹所述CrN相和AlN强化相，所述CrAlSiN层中的CrN相含量为10~20wt%，AlN相含量为6~10wt %，Si3N4相含量为15~45wt %。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述CrAlSiN层的Si含量为2at.%～10at.%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：对基体表面进行表面清洁处理，之后对洁净的基体表面依次进行离子渗氮处理和离子刻蚀处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述表面清洁处理包括：依次以除油剂和一种以上有机溶剂对所述基体表面进行超声清洗，直至基体表面洁净。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述基体为金属基体。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述金属基体包括硬质合金。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述金属基体包括不锈钢。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高纯氩气的纯度在99%以上。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述Cr靶及AlSi靶的纯度均在99.9%以上。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氮气的纯度在99.9%以上。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述镀膜设备中设置复数组靶，每组靶包括一个以上Cr靶和一个以上AlSi靶，且每组靶中的一个Cr靶与相应的一个AlSi靶相互垂直设置。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：在镀膜设备的腔体对基体表面依次进行离子渗氮处理和离子刻蚀处理后，再依次于所述基体表面沉积Cr层和CrAlSiN层，之后将所获复合涂层在真空环境中冷却至220℃以下，其后在保护气氛中冷却至100℃以下。
13.由权利要求1-12中任一项所述方法制备的耐磨耐蚀Cr/CrAlSiN复合涂层于金属材料和/或非金属材料表面防护领域的用途。
14.根据权利要求13所述的用途，其特征在于：所述金属材料和/或非金属材料包括海洋工程材料。
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