本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種高硬度、低摩擦系數(shù)的保護(hù)性涂層，具體來說是一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，對刀具性能提出了越來越高的要求，高速、干式切削不僅要求刀具要具有超高硬度，更要求其具有良好的耐磨擦磨損性能和耐腐蝕性能等。涂層刀具是解決這些問題的最簡單有效的方法之一。納米多層涂層由于其材料組成的多樣性所帶來的性能的多樣性而成為多年來研究熱點(diǎn)，也取得了良好的成果。性能良好的新型納米多層涂層能改善材料的表面性能，減少與工件的摩擦和磨損，有效的提高材料表面硬度、韌性、耐磨性和高溫穩(wěn)定性，大幅度提高涂層產(chǎn)品的使用壽命。它的發(fā)展適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)對金屬切削刀具的高技術(shù)要求，引起了刀具材料和性能的巨變，可被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車工業(yè)、紡織工業(yè)、地質(zhì)鉆探、模具工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。
納米多層膜是由兩種或兩種以上具有不同成分或結(jié)構(gòu)的材料在薄膜生長方向上以納米量級(jí)相互交替沉積而形成的多層結(jié)構(gòu)。在陶瓷多層膜中，當(dāng)調(diào)制周期在某一范圍時(shí)，出現(xiàn)硬度異常上升，即所謂的超硬效應(yīng)，引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。yang等首先在對au-ni和cu-pd納米多層膜中發(fā)現(xiàn)硬度和模量異常升高的“超硬效應(yīng)”；xu等研究了多晶nbn/tan，tan/nbn納米多層膜的力學(xué)性能；sunghoonkim和chu等對超晶格tin/nbn和tin/vn等薄膜進(jìn)行了調(diào)制周期與硬度關(guān)系的研究，同樣發(fā)現(xiàn)了硬度異常升高的“超硬效應(yīng)”。解釋薄膜超硬效應(yīng)理論主要有：界面應(yīng)變協(xié)調(diào)理論，模量差理論，和量子電子理論等。
通過查文獻(xiàn)得知，納米多層涂層目前已經(jīng)通過多種方法成功制得，并出現(xiàn)了超硬效應(yīng)，取得不少有益的成果。通過查詢，檢索到如下有關(guān)制備納米多層涂層的中國專利：
申請?zhí)枮?01110082001.1的專利涉及了一種ti-zr/zrn納米多層涂層刀具及其制備工藝。所述ti-zr/zrn納米多層涂層,刀具基體材料為硬質(zhì)合金或高速鋼,刀具基體表面為zrn高硬度涂層,刀具基體與zrn高硬度涂層之間有ti過渡層,在ti過渡層與表面zrn高硬度涂層之間為zr和zrn交替的多層結(jié)構(gòu)。具體工藝包括前處理、離子清洗、沉積ti過渡層、反復(fù)沉積zr層和zrn層、沉積表面zrn層的步驟。ti-zr/zrn納米多層涂層刀具含有高硬度zrn涂層和韌性金屬zr,可以保持較高硬度的同時(shí)提高涂層的韌性和與基體間的結(jié)合強(qiáng)度,從而提高涂層的耐磨性；該制備工藝容易掌握,生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠。
申請?zhí)枮?00910193490.0的專利涉及了一種自潤滑硬質(zhì)納米復(fù)合多層涂層及其制備方法。該納米梯度復(fù)合多層涂層是在硬質(zhì)合金或鋼鐵基體上，tin作為結(jié)合層，由過渡層tin膜和金屬陶瓷化合物+mos2納米復(fù)合多層組成結(jié)構(gòu)為tin/金屬陶瓷化合物+mos2復(fù)合多層涂層；金屬陶瓷化合物為ticn或tialn。涂層制備方法包括工件預(yù)加熱、工件表面清洗刻蝕、過渡層制備、(金屬陶瓷化合物+mos2)納米多層制備等步驟。本發(fā)明采用物理氣相沉積技術(shù)，制備具有tin/(金屬陶瓷化合物+mos2)納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的自潤滑涂層，保持ticn、tialn化合物的優(yōu)異性能，同時(shí)涂層兼?zhèn)淞溯^低的摩擦系數(shù)，涂層硬度高于28gpa，涂層的摩擦系數(shù)低于0.1。
申請?zhí)枮?00710036185.1的專利涉及了一種切削不銹鋼用的物理氣相沉積納米多層涂層及其制備方法，本發(fā)明公開了一種切削不銹鋼用的pvd納米多層涂層及其制備方法，具體制作工藝如下：(a)將硬質(zhì)合金基體做表面清潔處理；(b)接著在真空條件下，采用多靶磁控濺射方法在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的硬質(zhì)合金基體上交替沉積以tin/(tixal1-x)n/(tiyal1-y)n/(tixal1-x)n為調(diào)制周期的納米多層涂層，采用ar2為濺射氣體，ar的流量為180~300cm3/s，ar的分壓為0.17~0.9pa，反應(yīng)氣體為n2，并通過控制n2的分壓來控制總壓。本發(fā)明將具有優(yōu)良高溫抗氧化性能的高al含量tialn引入到多層涂層材料體系中，提高了涂層的高溫抗氧化性能和硬度，通過顯微結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了涂層的韌性，使該種涂層在具有高溫抗氧化性能的同時(shí)，還獲得了優(yōu)異的力學(xué)性能。本發(fā)明所制備的納米多層涂層在不銹鋼切削加工中具有很大的應(yīng)用價(jià)值。
申請?zhí)枮?01310184346.7專利涉及氮化鉻/氮化硼鈦納米復(fù)合多層涂層刀具及其制備方法。氮化鉻/氮化硼鈦納米復(fù)合多層涂層刀具，至少包括刀具基體、耐磨層以及沉積在刀具基體上的結(jié)合層，還包括有緩沖層和應(yīng)力梯度層，緩沖層附著在結(jié)合層上，應(yīng)力梯度層附著在緩沖層上，耐磨層附著在應(yīng)力梯度層上，其中結(jié)合層由高能cr離子轟擊而成，緩沖層由低能cr離子沉積而成，應(yīng)力梯度層為crn，耐磨層為crn和tibn交替層疊而成的納米多層復(fù)合涂層。涂層刀具不但具有較好的耐磨性能，同時(shí)由于多層結(jié)構(gòu)具有良好的耐腐蝕性能。本發(fā)明同時(shí)還提供了上述刀具的制備方法，制備中所使用的設(shè)備以及工藝均簡單，制備過程易控制，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
申請?zhí)枮?01410253262.9的專利涉及一種具有高硬度和低摩擦系數(shù)的craln/mos2多層涂層及其制備方法。所述craln/mos2多層涂層，即在基體上通過多靶磁控濺射方式交替濺射沉積形成craln納米層和mos2納米層，靠近基體為craln納米層，最上層為mos2納米層。craln/mos2多層涂層總厚度2.0-4.5μm，每一craln納米層厚度5.0nm，每一mos2納米層厚度0.2-1.4nm。其制備方法，即將清洗后的基體置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中交替停留在cral合金靶和mos2靶之前，通過調(diào)整cral靶和mos2靶的功率和沉積時(shí)間以控制每一涂層的厚度，最終得craln/mos2多層涂層。
申請?zhí)枮?00910193492.x的專利涉及tin/(tin+crn)/craln納米復(fù)合涂層及其制備方法。該納米復(fù)合多層涂層是在材質(zhì)為硬質(zhì)合金、高速鋼、耐熱模具鋼的工具或模具基體上，依次由過渡層tin膜、(tin+crn)納米復(fù)合多層和craln納米復(fù)合多層組成結(jié)構(gòu)為tin/(tin+crn)/ti(cn)多層金屬氮化物陶瓷涂層。其制備方法包括預(yù)加熱、表面清洗刻蝕、過渡層制備、(tin+crn)復(fù)合納米多層層制備和craln納米復(fù)合多層制備等步驟。本發(fā)明通過適當(dāng)?shù)耐繉咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善了craln系列涂層同基體的結(jié)合力，維持了craln涂層的高硬度和高溫性能。
然而，上述現(xiàn)有的涂層仍存在著硬度、摩擦磨損性能、沉積效率以及成本無法兼顧的問題，硬度和抗摩擦磨損性能有待提升，具有生產(chǎn)效率低和成本較高等一系列缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層及其制備方法，所述的這種具有高硬度和低摩擦系數(shù)的納米涂層及其制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的涂層在硬度、摩擦磨損性能、沉積效率以及成本無法兼顧的技術(shù)問題。
本發(fā)明提供了一種含有cnx納米插入層的craln涂層，在基體上通過多靶磁控濺射的方式交替濺射craln納米層和cnx納米層，靠近基體的一層為craln納米層，最外側(cè)的一層為cnx納米層；所述基體為金屬、硬質(zhì)合金或陶瓷。
進(jìn)一步的，所述的納米涂層的總厚度為1.5-3.0μm。
進(jìn)一步的，所述craln納米層的厚度為5.0nm，cnx納米層的厚度為0.4-1.2nm。
本發(fā)明還提供了上述的一種含有cnx納米插入層的craln涂層的制備方法，包括如下步驟：
1)一個(gè)清洗基體的步驟；將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機(jī)，依次用丙酮、無水乙醇和去離子水以80-100w分別進(jìn)行超聲波清洗20-30min；將超聲波清洗后的基體裝進(jìn)真空室，抽真空到6×10-4pa后通入ar氣，維持真空度在2-4pa，用功率為80-100w射頻電源對基體進(jìn)行離子轟擊20~40min，進(jìn)行離子清洗；
2)一個(gè)交替濺射craln層和cnx層的步驟；將步驟1）經(jīng)離子清洗后的基體置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中，交替停留在cral合金靶和石墨靶之前，通過濺射獲得由craln納米層和cnx納米層交替疊加的涂層，靠近基體的一層為craln納米層，最外側(cè)的一層為cnx納米層；調(diào)整cral靶和石墨靶的功率和沉積時(shí)間以控制每一涂層的厚度，最終得到有cnx納米插入層的craln涂層；
上述的濺射過程的控制參工藝數(shù)為：
a)所述的cral合金靶中，cr和al按原子比為1:1，石墨靶的純度為99.99%；
b)cral合金靶和石墨靶的直徑均為75mm；
c)所述的氬、氮混合氣氛中，總氣壓為0.2pa-0.6pa；ar氣流量為20-50sccm，n2氣流量為3-15sccm；
d)craln納米層濺射功率120w，時(shí)間16s；
e)cnx納米層濺射功率80w，時(shí)間2-10s；
f)靶基距5-7cm；
g)基體溫度為300℃。
進(jìn)一步的，步驟2）中，所述的多靶磁控濺射儀為中科院沈陽科學(xué)儀器研制中心有限公司生產(chǎn)的jgp-450型磁控濺射系統(tǒng)。
本發(fā)明由于采用硬度較高的craln納米層和具有結(jié)構(gòu)多樣性的cnx納米層交替磁控濺射制備的多層涂層，利用納米多層涂層的共格外延生長結(jié)構(gòu)抑制位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使最終所得的含有cnx納米插入層的craln涂層的硬度得到提升，其最大硬度達(dá)37.2gpa。本發(fā)明由于cnx納米層的插入使craln/cnx納米多層涂層具有較低的摩擦系數(shù)，其與gcr15鋼球的摩擦系數(shù)低于0.30，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的耐摩擦性能。本發(fā)明由于采用反應(yīng)磁控濺射制備工藝，具有制備工藝簡單、沉積速度快、生產(chǎn)效率高、能耗低、對設(shè)備要求較低、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。
本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明的一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，由craln層和cnx層交替沉積在基體上，形成了具有高硬度和低摩擦系數(shù)的納米量級(jí)的多層結(jié)構(gòu)，可作為保護(hù)涂層，可應(yīng)用于即要求高硬度、又對摩擦性能要求較高的服役場合。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不限制本發(fā)明。
本發(fā)明所用的制備、表征和測量儀器：
jgp-450型磁控濺射系統(tǒng)，中科院沈陽科學(xué)儀器研制中心有限公司
d8advance型x射線衍射儀，德國bruker公司
nanoindenterg200型納米壓痕儀，美國安捷倫科技公司
tecnaig2f30型高分辨透射電子顯微鏡，美國fei公司
hsr-2m涂層摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，蘭州中科凱華科技開發(fā)有限公司
實(shí)施例1
一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，即在基體上通過多靶磁控濺射的方式交替濺射沉積形成craln納米層和cnx納米層，靠近基體的一層為craln納米層，最外側(cè)的一層為cnx納米層；
所述的含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的總厚度約為1.5μm，craln納米層的厚度約為5.0nm，cnx納米層的厚度為0.4nm；
所述基體為硬質(zhì)合金。
上述的含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，cnx納米層厚度為0.4nm，cnx層被craln所晶化，為面心立方結(jié)構(gòu)。
上述的含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，具體包括如下步驟：
（1）、清洗基體
首先，將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機(jī)，依次用丙酮、無水乙醇和去離子水以80-100w分別進(jìn)行超聲波清洗20min；
然后，將超聲波清洗后的基體裝進(jìn)真空室，抽真空到6×10-4pa后通入ar氣，維持真空度在2-4pa，用功率為80-100w射頻電源對基體進(jìn)行離子轟擊30min進(jìn)行離子清洗；
（2）、交替濺射craln層和cnx層
將步驟（1）經(jīng)離子清洗后的基體置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中交替停留在cral合金靶和c（石墨）靶之前，通過濺射獲得由多個(gè)craln納米層和cnx納米層交替疊加的納米量級(jí)多層涂層，過程中調(diào)整cral靶和c（石墨）靶的功率和沉積時(shí)間以控制每一涂層的厚度，最終得含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層；
上述的濺射過程的控制參工藝數(shù)為：
所述的cral合金靶中，cr和al按原子比為1:1，c（石墨）靶的純度為99.99%；
cral合金靶和c（石墨）靶的直徑均為75mm；
所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.2pa；ar氣流量為32sccm，n2氣流量為5sccm；
craln納米層濺射功率120w，時(shí)間16s；
cnx納米層濺射功率80w，時(shí)間2s；
靶基距3-7cm；
基體溫度為300℃。
上述所得具有高硬度和高減摩性能的納米涂層經(jīng)檢測，craln納米層厚度為5nm，cnx納米層厚度為0.4nm，含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層總厚度為1.5μm，硬度為29.8gpa，在與gcr15鋼球進(jìn)行摩擦中的摩擦系數(shù)為0.24。
實(shí)施例2
一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，在基體上通過多靶磁控濺射的方式交替濺射沉積形成craln納米層和cnx納米層，靠近基體的一層為craln納米層，最外側(cè)的一層為cnx納米層；
所述的含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的總厚度約為1.8μm，craln納米層的厚度約為5.0nm，cnx納米層的厚度為0.6nm；
所述基體為高速鋼。
上述的具有高硬度和高減摩性能的納米涂層，cnx納米層厚度為0.6nm，cnx層被craln所晶化，為面心立方結(jié)構(gòu)。
上述的一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
（1）、清洗基體
首先，將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機(jī)，依次用丙酮、無水乙醇和去離子水以80-100w分別進(jìn)行超聲波清洗20min；
然后，將超聲波清洗后的基體裝進(jìn)真空室，抽真空到6×10-4pa后通入ar氣，維持真空度在2-4pa，用功率為80-100w射頻電源對基體進(jìn)行離子轟擊30min進(jìn)行離子清洗；
（2）、交替濺射craln層和cnx層
將步驟（1）經(jīng)離子清洗后的基體置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中交替停留在cral合金靶和c（石墨）靶之前，通過濺射獲得由多個(gè)craln納米層和cnx納米層交替疊加的納米量級(jí)多層涂層，過程中調(diào)整cral靶和c（石墨）靶的功率和沉積時(shí)間以控制每一涂層的厚度，最終得具有高硬度和低摩擦系數(shù)的納米涂層；
上述的濺射過程的控制參工藝數(shù)為：
所述的cral合金靶中，cr和al按原子比為1:1，c（石墨）靶的純度為99.99%；
cral合金靶和cnx靶的直徑均為75mm；
所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.3pa；ar氣流量為32sccm，n2氣流量為5sccm；
craln納米層濺射功率120w，時(shí)間16s；
cnx納米層濺射功率80w，時(shí)間4s；
靶基距3-7cm；
基體溫度為300℃。
上述所得含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層經(jīng)檢測，craln納米層厚度為5nm，cnx納米層厚度為0.6nm，含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層總厚度為2.0μm，硬度為34.0gpa，在與gcr15鋼球進(jìn)行摩擦中的摩擦系數(shù)為0.29。
實(shí)施例3
一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，在基體上通過多靶磁控濺射的方式交替濺射沉積形成craln納米層和cnx納米層，靠近基體的一層為craln納米層，最外側(cè)的一層為cnx納米層；
所述的含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的總厚度約為2.2μm，每一craln納米層的厚度約為5.0nm，每一cnx納米層的厚度為0.8nm；
所述基體為硬質(zhì)合金。
上述的一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
（1）、清洗基體
首先，將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機(jī)，依次用丙酮、無水乙醇和去離子水以80-100w分別進(jìn)行超聲波清洗30min；
然后，將超聲波清洗后的基體裝進(jìn)真空室，抽真空到6×10-4pa后通入ar氣，維持真空度在2-4pa，用功率為80-100w射頻電源對基體進(jìn)行離子轟擊30min進(jìn)行離子清洗；
（2）、交替濺射craln層和cnx層
將步驟（1）經(jīng)離子清洗后的基體置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中交替停留在cral合金靶和cnx靶之前，通過濺射獲得由多個(gè)craln納米層和cnx納米層交替疊加的納米量級(jí)多層涂層，過程中調(diào)整cral靶和cnx靶的功率和沉積時(shí)間以控制每一涂層的厚度，最終得含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層；
上述的濺射過程的控制參工藝數(shù)為：
所述的cral合金靶中，cr和al按原子比為1:1，c（石墨）靶的純度為99.99%；
cral合金靶和c（石墨）靶的直徑均為75mm；
所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.4pa；ar氣流量為32sccm，n2氣流量為5sccm；
craln納米層濺射功率120w，時(shí)間16s；
cnx納米層濺射功率80w，時(shí)間6s；
靶基距3-7cm；
基體溫度為300℃。
上述所得含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層經(jīng)檢測，craln納米層厚度為5.0nm，cnx納米層厚度為0.8nm，含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層總厚度為2.7μm，硬度為37.2gpa，在與gcr15鋼球進(jìn)行摩擦中的摩擦系數(shù)為0.24。
實(shí)施例4
一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，在基體上通過多靶磁控濺射的方式交替濺射沉積形成craln納米層和cnx納米層，靠近基體的一層為craln納米層，最外側(cè)的一層為cnx納米層；
所述的一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的總厚度約為2.6μm，每一craln納米層的厚度約為5.0nm，每一cnx納米層的厚度為1.0nm；
所述基體為高速鋼。
上述的一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
（1）、清洗基體
首先，將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機(jī)，依次用丙酮、無水乙醇和去離子水以80-100w分別進(jìn)行超聲波清洗30min；
然后，將超聲波清洗后的基體裝進(jìn)真空室，抽真空到6×10-4pa后通入ar氣，維持真空度在2-4pa，用功率為80-100w射頻電源對基體進(jìn)行離子轟擊30min進(jìn)行離子清洗；
（2）、交替濺射craln層和cnx層
將步驟（1）經(jīng)離子清洗后的基體置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中交替停留在cral合金靶和cnx靶之前，通過濺射獲得由多個(gè)craln納米層和cnx納米層交替疊加的納米量級(jí)多層涂層，過程中調(diào)整cral靶和cnx靶的功率和沉積時(shí)間以控制每一涂層的厚度，最終得含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層；
上述的濺射過程的控制參工藝數(shù)為：
所述的cral合金靶中，cr和al按原子比為1:1，c（石墨）靶的純度為99.99%；
cral合金靶和c（石墨）靶的直徑均為75mm；
所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.6pa；ar氣流量為50sccm，n2氣流量為10sccm；
craln納米層濺射功率120w，時(shí)間16s；
cnx納米層濺射功率80w，時(shí)間8s；
靶基距3-7cm；
基體溫度為300℃。
上述所得一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層經(jīng)檢測，craln納米層厚度為5nm，cnx納米層厚度為1.0nm，含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層總厚度為2.6μm，硬度為33.6gpa，在與gcr15鋼球進(jìn)行摩擦中的摩擦系數(shù)為0.25。
實(shí)施例5
一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，在基體上通過多靶磁控濺射的方式交替濺射沉積形成craln納米層和cnx納米層，靠近基體的一層為craln納米層，最外側(cè)的一層為cnx納米層；
所述的含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的總厚度約為3.0μm，每一craln納米層的厚度約為5.0nm，每一cnx納米層的厚度為1.2nm；
所述基體為氧化硅陶瓷。
上述的一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
（1）、清洗基體
首先，將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機(jī)，依次用丙酮、無水乙醇和去離子水以80-100w分別進(jìn)行超聲波清洗35min；
然后，將超聲波清洗后的基體裝進(jìn)真空室，抽真空到6×10-4pa后通入ar氣，維持真空度在2-4pa，用功率為80-100w射頻電源對基體進(jìn)行離子轟擊30min進(jìn)行離子清洗；
（2）、交替濺射craln層和cnx層
將步驟（1）經(jīng)離子清洗后的基體置入多靶磁控濺射儀中，在氬、氮混合氣氛中交替停留在cral合金靶和cnx靶之前，通過濺射獲得由多個(gè)craln納米層和cnx納米層交替疊加的納米量級(jí)多層涂層，過程中調(diào)整cral靶和cnx靶的功率和沉積時(shí)間以控制每一涂層的厚度，最終得到含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層；
上述的濺射過程的控制參工藝數(shù)為：
所述的cral合金靶中，cr和al按原子比為1:1，c（石墨）靶的純度為99.99%；
cral合金靶和c（石墨）靶的直徑均為75mm；
所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.5pa；ar氣流量為40sccm，n2氣流量為7sccm；
craln納米層濺射功率120w，時(shí)間16s；
cnx納米層濺射功率80w，時(shí)間10s；
靶基距3-7cm；
基體溫度為300℃。
上述所得含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層經(jīng)檢測，craln納米層厚度為5nm，cnx納米層厚度為1.2nm，含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層總厚度為3.0μm，硬度為30.2gpa，在與gcr15鋼球進(jìn)行摩擦中的摩擦系數(shù)為0.28。
綜上所述，本發(fā)明的一種含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層，由于采用硬度較高且綜合力學(xué)性能良好的craln納米層和具有結(jié)構(gòu)多樣性的cnx納米層交替磁控濺射制備的多層涂層，cnx層可被craln所晶化，呈現(xiàn)出面心立方結(jié)構(gòu)，并與craln保持共格外延生長結(jié)構(gòu)，利用該結(jié)構(gòu)抑制位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使最終所得的含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層的硬度得到提升，其最大硬度達(dá)37.2gpa；另外，由于cnx納米層的加入使該納米多層涂層具有較低的摩擦系數(shù)，其與gcr15鋼球的摩擦系數(shù)低于0.30，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的耐摩擦性能。因此，該含有cnx納米插入層的高硬度、低摩擦系數(shù)craln涂層可用作保護(hù)性涂層，可用于高速、干式切削刀具涂層和其他對摩擦性能要求較高的器具表面
以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式的舉例，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。