CN116136014A - 一种低粘附高硬CrAl基复合涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低粘附高硬CrAl基复合涂层及其制备方法，属于镀膜技术领域，具体涉及采用了多弧离子镀膜技术制备CrAl基复合涂层，表面采用高铝含量（Al%≥71%）的CrAlN层作为抗铝液附着层，与传统Cr+CrN+CrAlN层相比具有更好的抗铝液粘附性能；与Cr+CrN+CrAlN+Al₂O₃相比，高铝含量CrAlN与传统CrAlN组织成分接近，具有更好的层间结合力，同时采用多弧离子镀制备相比于磁控溅射制备的涂层，具有更好的抗热震性能。

Description

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于镀膜技术领域，具体涉及一种低粘附高硬CrAl基复合涂层及其制备。

背景技术

铝合金压铸技术，是汽车制造业中重要成型技术，其实质是在高压作用下，使液态或半固态铝合金金属以较高的速度充填进入压铸型腔，并在压力下快速凝固而获得铸件的一种成型方法。该工艺特点及铝的本征属性赋予了铝合金压铸技术具备成型精度高、铸件比重小、散热性强等诸多优势。但是，在铝合金压铸过程中，基体型腔表面在熔融高温铝液不断的冲刷下，产生周期性的热、机械冲击和化学反应腐蚀，大幅降低了基体寿命。因此，在铝合金压铸产业中，基体造价高、寿命短的技术难题，成为影响铝合金压铸产业发展的核心问题。

引发铸铝基体过早失效的主要因素有以下三点。

第一，熔损冲蚀：压铸过程中，熔融铝液不断高速射入型腔，对内浇口产生机械应力和腐蚀作用，使基体产生机械磨损和化学磨蚀，造成基体基材损伤或流失，而损伤点极易演变为热裂纹的萌生源。

第二，热应力开裂：压铸工艺中，基体型腔表面与熔融铝反复接触，基体在急冷急热作用下产生的热应力，随着热应力的循环积累，在基体表面的损伤缺陷区域产生微裂纹，并逐渐与主裂纹慢慢合并，最终导致裂纹的扩展和基体失效。

第三，焊合：在高温下，熔铝对铁有很高的亲和性,铝原子扩散至基体表面形成脆性Fe-Al相，形成物理化学焊合，起模时会留在基体表面或基体被撕裂；另外，熔融铝液填充入裂纹内部并凝固，形成机械焊合，并促使裂纹扩展，引发基体失效。上述因素，是导致铝合金压铸基体失效的根本原因，也是目前压铸基体领域亟待解决的关键问题。

CN110592530A公开了一种高镜面模具表面CrN的制备方法；CN212713722U公开一种高压铝压铸模具的铬铝钛基氮化物复合涂层Cr+CrAlN/CrN叠层；CN103160797A公开了纳米陶瓷涂层、沉积有该涂层的压铸模具及其制备方法。基于以上文件及现有技术的分析，可以发现，目前压铸模具的表面涂层工艺，主要采用Cr+CrN+CrAlN涂层体系，相比于传统化学热处理（HV700）和渗碳渗氮工艺(HV1200)，Cr+CrN+CrAlN涂层体系具有更高的硬度（HV3300），应用于压铸模具具有较高的使用寿命，但随着客户使用需求的逐渐提高，要求压铸模具具有更长的使用寿命，传统的Cr+CrN+CrAlN涂层已经不能满足客户的需求，新的涂层体系如Cr+CrN+CrAlN+Al₂O₃表面增加氧化物的压铸模具涂层逐渐被应用，表层Al₂O₃氧化物对铝液的粘附性较弱，在压铸成型后模具进行脱模时较弱的粘附性可以减轻对于涂层的磨损破坏，从而延长模具的使用寿命。

多弧离子镀膜技术是传统的Cr+CrN+CrAlN涂层的主要制备工艺，但该方法制备Al₂O₃较为困难,故表层为Al₂O₃的压铸模具涂层通常采用磁控溅射镀膜技术制备，磁控溅射工艺的沉积温度较低，压铸模具的工作温度为650℃，沉积温度与工作温度差异较大，使得膜层材料容易在工作温度下因热膨胀系数不同而导致涂层之间或涂层与基体之间剥落或层间微裂，微裂纹的出现会导致铝液侵蚀，使得裂纹的加速扩展，最终使得涂层失效，会严重影响涂层模具的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬度高、耐磨性能好的低粘附高硬CrAl基复合涂层及其制备。

本发明是为了解决目前磁控溅射技术制备的压铸模具涂层易热疲劳龟裂损坏失效，碎裂失效的问题，提供一种低粘附高硬CrAl基复合涂层能提升压铸模具的耐磨性，抗热震性，从而延长模具的使用寿命。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，包括：基体材料，结合于基体材料上的CrAl基复合涂层，CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层，硬度支撑层为CrAlN、CrTiN、CrAlSiN和CrAlBN中至少两种交替组成的多层涂层。CrAl涂层铝含量越高，对于铝液的抗粘附性能越好，但是采用多弧离子镀膜技术制备的单层CrAlN涂层，铝含量大于71%时涂层结构会从面心立方向六方相转变，使得CrAlN涂层硬度下降，耐磨性下降，不适用于压铸模具表面。本发明通过纳米叠层结构制备低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜，通过在低铝CrAlN涂层表面制备高铝CrAlN，可以使CrAlN发生晶型转变的Al含量极限值提高，在Al含量71-78%涂层均为面心立方结构，涂层具有低铝液粘附性的同时具有较高的硬度、较好的层间结合力。在压铸模具表面应用时本发明涂层相比于磁控溅射制备的Cr+CrN+CrAlN+Al₂O₃涂层具有更长的使用寿命。本发明在制备CrAl基复合涂层时，可以硬度结合层中加入CrTiN或CrAlBN的涂层，在将CrTiN或CrAlBN与CrAlN和/或CrAlSiN共同制成硬度结合层后，与梯度结合层和低铝液粘附层共同制成CrAl基复合涂层后，得到的CrAl基复合涂层的硬度高、耐磨性能好。

优选地，梯度结合层为Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层。

优选地，梯度结合层为Cr、CrN、CrAlN中至少2种组合形成的复合梯度涂层；或，梯度结合层为Cr+CrN+CrAlN复合梯度涂层。

更优选地，梯度结合层的硬度自内向外逐渐增大。

优选地，低铝液粘附层为电弧离子镀制备的低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜，低铝指CrAlN中Al/(Al+Cr)含量为60-68%，高铝指CrAlN中Al/(Al+Cr)含量为71-78%。

更优选地，低铝液粘附层中，低铝CrAlN层厚度的比例为25%-50%，高铝CrAlN层厚度的比例为50-75%。

优选地，梯度结合层厚度占CrAl基复合涂层厚度的比例超过20%。

优选地，硬度支撑层厚度占CrAl基复合涂层厚度的比例超过40%。

优选地，低铝液粘附层厚度占CrAl基复合涂层厚度的比例超过20%。

优选地，一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，自内向外依次为包括梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层，梯度结合层为电弧离子镀方法制备的Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层，硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrAlN-CrAlSiN多层涂层，低铝液粘附层为电弧离子镀制备的低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜。

更优选地，梯度结合层（Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层）厚度占总涂层厚度的比例＞20%，优选的厚度比例为25%；梯度结合层硬度介于基体与硬度支撑层硬度之间并呈梯度增加，优选的硬度从HV800梯度递增至HV3000。

更优选地，硬度支撑层（CrAlN-CrAlSiN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例＞40%，优选的厚度比例为50%；硬度支撑层采用CrAlN与CrAlSiN叠层交替生长，叠层层数≥2层，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比≥50%。

更优选地，低铝液粘附层（低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜）厚度占总涂层厚度的比例＞20%，优选的厚度比例为25%；低铝液粘附层采用低铝CrAlN与高铝CrAlN交替生长，低铝CrAlN5-10nm，高铝CrAlN单层厚度为15-20纳米。

更进一步优选地，低铝CrAlN采用30/70CrAl靶制备，CrAlN中Al/(Al+Cr)含量在60-68%之间，涂层结构为面心立方结构，高铝CrAlN采用20/80CrAl靶制备，CrAlN中Al/(Al+Cr)含量在71-78%之间，涂层结构为面心立方结构。

更进一步优选地，纳米复合多层膜最下层为低铝CrAlN涂层，纳米复合多层膜最上层为高铝CrAlN涂层。

本发明公开了一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，包括：采用电弧离子镀在基体材料上沉积CrAl基复合涂层；CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层，硬度支撑层为CrAlN、CrTiN、CrAlSiN和CrAlBN中至少两种交替组成的多层涂层。

优选地，电弧离子镀为阴极电弧离子镀，阴极电弧离子镀中的电弧蒸发源具有不同的结构和形状，电弧蒸发源包括但不限于圆形平面电弧蒸发源、环形平面电弧蒸发源、矩形平面电弧蒸发源、圆柱形电弧蒸发源。

优选地，CrAl基复合涂层中各涂层的镀膜温度均为400℃-600℃。

更优选地，镀膜温度低于基体材料的回火温度。

优选地，梯度结合层沉积中，利用Cr靶，CrAl靶（30/70）沉积Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层。

优选地，硬度支撑层沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAlSi靶（30/60/10）沉积CrAlN-CrAlSiN多层涂层。

优选地，低铝液粘附层沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAl靶（20/80）沉积低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜。

优选地，低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法包括：

模具的清洗：在设备内部采用辉光放电清洗和金属离子刻蚀对模具表面进行清洗；

梯度结合层的沉积：利用Cr靶，CrAl靶（30/70）沉积Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层；

硬度支撑层的沉积：利用CrAl靶(30/70)，CrAlSi靶（30/60/10）沉积CrAlN-CrAlSiN多层涂层；

低铝液粘附层的沉积：利用CrAl靶(30/70)，CrAl靶（20/80）沉积低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜。

优选地，模具的清洗中，采用辉光放电清洗和金属离子刻蚀对模具表面进行清洗。

优选地，CrAl基复合涂层的制备中，在清洗后的模具上采用电弧离子镀方法制备CrAl基复合涂层。CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层，梯度结合层为电弧离子镀方法制备的Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层，硬度支撑层为CrAlN、CrTiN、CrAlSiN和CrAlBN中至少两种交替组成的多层涂层，低铝液粘附层为电弧离子镀制备的低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜。

更优选地，梯度结合层的沉积中，利用Cr靶，CrAl靶（30/70）沉积Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层。

更优选地，硬度支撑层的沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAlSi靶（30/60/10）沉积CrAlN-CrAlSiN多层涂层。

更优选地，低铝液粘附层的沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAl靶（20/80）沉积低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜。

更优选地，梯度结合层（Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层）厚度占总涂层厚度的比例＞20%，梯度结合层硬度介于基体与硬度支撑层硬度之间并呈梯度增加。

更优选地，硬度支撑层（CrAlN-CrAlSiN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例＞40%，硬度支撑层采用CrAlN与CrAlSiN叠层交替生长，叠层层数≥2层，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比≥50%。

更优选地，低铝液粘附层（低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜）厚度占总涂层厚度的比例＞20%，低铝CrAlN5-10nm，高铝CrAlN单层厚度为15-20纳米。

更优选地，梯度结合层（Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层）厚度占总涂层厚度的比例＞20%，优选的厚度比例为25%；梯度结合层硬度介于基体与硬度支撑层硬度之间并呈梯度增加，优选的硬度从HV800梯度递增至HV3000。

更优选地，硬度支撑层（CrAlN-CrAlSiN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例＞40%，优选的厚度比例为50%；硬度支撑层采用CrAlN与CrAlSiN叠层交替生长，叠层层数≥2层，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比≥50%。

更优选地，低铝液粘附层（低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜）厚度占总涂层厚度的比例＞20%，优选的厚度比例为25%；低铝液粘附层采用低铝CrAlN与高铝CrAlN交替生长，低铝CrAlN5-10nm，高铝CrAlN单层厚度为15-20纳米。

更优选地，低铝CrAlN采用30/70CrAl靶制备，CrAlN中Al/(Al+Cr)含量在60-68%之间，涂层结构为面心立方结构，高铝CrAlN采用20/80CrAl靶制备，CrAlN中Al/(Al+Cr)含量在71-78%之间，涂层结构为面心立方结构。

更优选地，纳米复合多层膜最下层为低铝CrAlN涂层，纳米复合多层膜最上层为高铝CrAlN涂层。

本案的技术方案有益效果在于：多弧离子镀膜技术制备涂层（制备温度500℃），相比于磁控溅射技术（制备温度300℃）制备的涂层具有更好的耐高温性能；采用高铝含量的CrAlN涂层作为抗铝液粘附层，及硬度支撑层CrAlN涂层成分接近，不易发生层间微裂；抗铝液粘附层采用高铝含量的CrAlN涂层与低铝含量的CrAlN涂层纳米叠层结构，涂层表面抗铝液粘附的同时具有较高硬度和较好的耐磨性。

本发明由于采用了多弧离子镀膜技术制备CrAl基复合涂层，因而具有如下有益效果：表面采用高铝含量（Al%≥71%）的CrAlN层作为抗铝液附着层，与传统Cr+CrN+CrAlN层相比具有更好的抗铝液粘附性能；与Cr+CrN+CrAlN+Al₂O₃相比，高铝含量CrAlN与传统CrAlN组织成分接近，具有更好的层间结合力，同时采用多弧离子镀制备相比于磁控溅射制备的涂层，具有更好的抗热震性能。因此，本发明是一种硬度高、耐磨性能好的低粘附高硬CrAl基复合涂层及其制备。

附图说明

图1为CrAl基复合涂层示意图；

图2为CrAl基复合涂层电镜图；

图3为硬度图；

图4为耐磨性能图。

附图标号：1-基体材料；2-梯度结合层；3-硬度支撑层；4-低铝液粘附层。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，

模具的清洗：采用辉光放电清洗和金属离子刻蚀对模具表面进行清洗。

CrAl基复合涂层的制备：在清洗后的模具上采用电弧离子镀方法制备CrAl基复合涂层。CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层，梯度结合层为电弧离子镀方法制备的Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层，硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrAlN-CrAlSiN多层涂层，低铝液粘附层为电弧离子镀制备的低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜。梯度结合层的沉积中，利用Cr靶，CrAl靶（30/70）沉积Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层；硬度支撑层的沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAlSi靶（30/60/10）沉积CrAlN-CrAlSiN多层涂层；低铝液粘附层的沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAl靶（20/80）沉积低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜；梯度结合层（Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层）厚度占总涂层厚度的比例为25%；梯度结合层硬度介于基体与硬度支撑层硬度之间并呈梯度增加，硬度从HV800梯度递增至HV3000。硬度支撑层（CrAlN-CrAlSiN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrAlN与CrAlSiN叠层交替生长，叠层层数为2层，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比为50%。低铝液粘附层为低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜，低铝液粘附层的厚度占总涂层厚度的比例为25%；低铝液粘附层采用低铝CrAlN与高铝CrAlN交替生长，低铝CrAlN10nm，高铝CrAlN单层厚度为20nm。低铝CrAlN采用30/70CrAl靶制备，CrAlN中Al/(Al+Cr)含量在60-68%之间，涂层结构为面心立方结构，高铝CrAlN采用20/80CrAl靶制备，CrAlN中Al/(Al+Cr)含量在71-78%之间，涂层结构为面心立方结构。纳米复合多层膜最下层为低铝CrAlN涂层，纳米复合多层膜最上层为高铝CrAlN涂层。

本实施例制备的CrAl基复合涂层如图1所示。

实施例2：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，CrAl基复合涂层的制备中硬度支撑层的沉积。

硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrAlN-CrAlBN多层涂层，硬度支撑层的沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAlB靶（30/60/10）沉积CrAlN-CrAlBN多层涂层；硬度支撑层（CrAlN-CrAlBN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrAlN与CrAlBN叠层交替生长，叠层层数为2层，硬度支撑层中CrAlBN膜厚占比为50%。

实施例3：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，CrAl基复合涂层的制备中硬度支撑层的沉积。

硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrAlN-CrAlSiN-CrAlBN多层涂层，硬度支撑层的沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAlSi靶（30/60/10），CrAlB靶（30/60/10）沉积CrAlN-CrAlSiN-CrAlBN多层涂层；硬度支撑层（CrAlN-CrAlSiN-CrAlBN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrAlN、CrAlSiN与CrAlBN交替生长，交替生长层数为2层，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比为33.33%，硬度支撑层中CrAlBN膜厚占比为33.33%。

实施例4：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，CrAl基复合涂层的制备中硬度支撑层的沉积。

硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrAlN-CrAlBN-CrAlSiN多层涂层，硬度支撑层的沉积中，利用CrAl靶(30/70)，CrAlB靶（30/60/10），CrAlSi靶（30/60/10）沉积CrAlN-CrAlBN-CrAlSiN多层涂层；硬度支撑层（CrAlN-CrAlBN-CrAlSiN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrAlN、CrAlBN与CrAlSiN交替生长，交替生长层数为2层，硬度支撑层中CrAlBN膜厚占比为33.33%，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比为33.33%。

实施例5：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，CrAl基复合涂层的制备中硬度支撑层的沉积。

硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrTiN-CrAlSiN多层涂层，硬度支撑层的沉积中，利用CrTi靶(40/60)，CrAlSi靶（30/60/10）沉积CrTiN-CrAlSiN多层涂层；硬度支撑层（CrTiN-CrAlSiN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrTiN与CrAlSiN叠层交替生长，叠层层数为2层，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比为50%。

实施例6：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，CrAl基复合涂层的制备中硬度支撑层的沉积。

硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrTiN-CrAlBN多层涂层，硬度支撑层的沉积中，利用CrTi靶(40/60)，CrAlB靶（30/60/10）沉积CrTiN-CrAlBN多层涂层；硬度支撑层（CrTiN-CrAlBN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrTiN与CrAlBN叠层交替生长，叠层层数为2层，硬度支撑层中CrAlBN膜厚占比为50%。

实施例7：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，CrAl基复合涂层的制备中硬度支撑层的沉积。

硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrTiN-CrAlSiN-CrAlBN多层涂层，硬度支撑层的沉积中，利用CrTi靶(40/60)，CrAlSi靶（30/60/10），CrAlB靶（30/60/10）沉积CrTiN-CrAlSiN-CrAlBN多层涂层；硬度支撑层（CrTiN-CrAlSiN-CrAlBN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrTiN、CrAlSiN与CrAlBN交替生长，交替生长层数为2层，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比为33.33%，硬度支撑层中CrAlBN膜厚占比为33.33%。

实施例8：

一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于，CrAl基复合涂层的制备中硬度支撑层的沉积。

硬度支撑层为电弧离子镀制备的CrTiN-CrAlSiN-CrAlBN多层涂层，硬度支撑层的沉积中，利用CrTi靶(40/60)，CrAlB靶（30/60/10），CrAlSi靶（30/60/10）沉积CrTiN-CrAlBN-CrAlSiN多层涂层；硬度支撑层（CrTiN-CrAlBN-CrAlSiN多层涂层）厚度占总涂层厚度的比例为50%；硬度支撑层采用CrTiN、CrAlBN与CrAlSiN交替生长，交替生长层数为2层，硬度支撑层中CrAlBN膜厚占比为33.33%，硬度支撑层中CrAlSiN膜厚占比为33.33%。

试验例：

1.形貌表征

本发明制备得到的低粘附高硬CrAl基复合涂层的形貌如图2所示，其表面存在颗粒和孔隙，表面不平整。

2.硬度

本发明各实施例制备得到的低粘附高硬CrAl基复合涂层的硬度如图3所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，S5为实施例5，S6为实施例6，S7为实施例7，S8为实施例8，本发明在清洗后的模具上采用电弧离子镀方法制备CrAl基复合涂层。CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层，梯度结合层结合于模具上，梯度结合层为电弧离子镀方法制备的Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层；硬度支撑层结合于梯度结合层上，硬度支撑层为CrAlN、CrTiN、CrAlSiN和CrAlBN中至少两种交替组成的多层涂层；低铝液粘附层结合于硬度支撑层上，低铝液粘附层为电弧离子镀制备的低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜；在由梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层组成的CrAl基复合涂层中，对硬度支撑层进行变换，发现CrAlN和CrAlSiN的使用得到的CrAl基复合涂层的硬度好，而在将CrAlSiN替换为CrAlBN后，得到的CrAl基复合涂层的硬度更高，而在将CrAlN、CrAlSiN和CrAlBN进行交替沉积，得到的CrAl基复合涂层的硬度提高，而CrAlSiN和CrAlBN在外层的顺序对CrAl基复合涂层的硬度有影响，CrAlSiN位于CrAlBN的外层优于CrAlBN位于CrAlSiN的外层，此处外层指的是与低铝液粘附层相接的一层；表明CrAlN-CrAlBN-CrAlSiN的结构的性能更佳；硬度支撑层的制备中可以将CrAlN替换为CrTiN，CrTiN的使用优于CrAlN的使用，进一步，可以使用CrTiN、CrAlBN和CrAlSiN组成CrAl基复合涂层，CrTiN-CrAlBN-CrAlSiN的结构优于CrTiN-CrAlSiN-CrAlBN的结构。

3.耐磨性能

本发明各实施例制备得到的低粘附高硬CrAl基复合涂层的硬度如图4所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，S5为实施例5，S6为实施例6，S7为实施例7，S8为实施例8，本发明在清洗后的模具上采用电弧离子镀方法制备CrAl基复合涂层。CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层，梯度结合层结合于模具上，梯度结合层为电弧离子镀方法制备的Cr、Cr+CrN、CrN、CrN+CrAlN复合梯度涂层；硬度支撑层结合于梯度结合层上，硬度支撑层为CrAlN、CrTiN、CrAlSiN和CrAlBN中至少两种交替组成的多层涂层；低铝液粘附层结合于硬度支撑层上，低铝液粘附层为电弧离子镀制备的低铝CrAlN-高铝CrAlN纳米复合多层膜；在由梯度结合层、硬度支撑层、低铝液粘附层组成的CrAl基复合涂层中，对硬度支撑层进行变换，发现CrAlN和CrAlSiN的使用得到的CrAl基复合涂层的耐磨性能好，而在将CrAlSiN替换为CrAlBN后，得到的CrAl基复合涂层的耐磨性能更高，而在将CrAlN、CrAlSiN和CrAlBN进行交替沉积，得到的CrAl基复合涂层的耐磨性能提高，而CrAlSiN和CrAlBN在外层的顺序对CrAl基复合涂层的耐磨性能有影响，CrAlSiN位于CrAlBN的外层优于CrAlBN位于CrAlSiN的外层，此处外层指的是与低铝液粘附层相接的一层；表明CrAlN-CrAlBN-CrAlSiN的结构的性能更佳；硬度支撑层的制备中可以将CrAlN替换为CrTiN，CrTiN的使用优于CrAlN的使用，进一步，可以使用CrTiN、CrAlBN和CrAlSiN组成CrAl基复合涂层，CrTiN-CrAlBN-CrAlSiN的结构优于CrTiN-CrAlSiN-CrAlBN的结构。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，包括：基体材料，结合于基体材料上的CrAl基复合涂层，所述CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层和低铝液粘附层，硬度支撑层为CrAlN、CrTiN、CrAlSiN和CrAlBN中至少两种交替组成的多层涂层。

2.根据权利要求1所述的一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，其特征是：所述梯度结合层为Cr、CrN、CrAlN中至少2种组合形成的复合梯度涂层；或，梯度结合层为Cr+CrN +CrAlN复合梯度涂层。

3.根据权利要求2所述的一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，其特征是：所述梯度结合层的硬度自内向外逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，其特征是：所述低铝液粘附层为低铝CrAlN-高铝CrAlN组合的纳米多层涂层，所述低铝指CrAlN中Al/(Al+Cr)含量为60-68%，高铝指CrAlN中Al/(Al+Cr)含量为71-78%。

5.根据权利要求4所述的一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，其特征是：所述低铝液粘附层中，低铝CrAlN层厚度的比例为25%-50%，高铝CrAlN层厚度的比例为50-75%。

6.根据权利要求1所述的一种低粘附高硬CrAl基复合涂层，其特征是：所述梯度结合层厚度占CrAl基复合涂层厚度的比例超过20%；和/或，所述硬度支撑层厚度占CrAl基复合涂层厚度的比例超过40%；和/或，所述低铝液粘附层厚度占CrAl基复合涂层厚度的比例超过20%。

7.一种低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，包括：采用电弧离子镀在基体材料上沉积CrAl基复合涂层；所述CrAl基复合涂层包括梯度结合层、硬度支撑层和低铝液粘附层，硬度支撑层为CrAlN、CrTiN、CrAlSiN和CrAlBN中至少两种交替组成的多层涂层。

8.根据权利要求7所述的低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，其特征是：所述电弧离子镀为阴极电弧离子镀，阴极电弧离子镀中的电弧蒸发源具有不同的结构和形状，电弧蒸发源包括但不限于圆形平面电弧蒸发源、环形平面电弧蒸发源、矩形平面电弧蒸发源或圆柱形电弧蒸发源。

9.根据权利要求7所述的低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，其特征是：所述CrAl基复合涂层中各涂层的镀膜温度均为400℃-600℃。

10.根据权利要求9所述的低粘附高硬CrAl基复合涂层的制备方法，其特征是：所述镀膜温度低于基体材料的回火温度。

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