CN115679258A - 一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层及其制备方法 - Google Patents

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CN115679258A CN202211592455.8A CN202211592455A CN115679258A CN 115679258 A CN115679258 A CN 115679258A CN 202211592455 A CN202211592455 A CN 202211592455A CN 115679258 A CN115679258 A CN 115679258A
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邱龙时
胡小刚
高志文
江海霞
纪纲
陈振
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Abstract

本发明公开了一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，该涂层包括在衬底上先后沉积的Cr打底层、CrN缓冲层和CraTibAl（1‑a‑b）/CrcAldB1‑c‑dN功能层，其中a为0~0.7，b为0~0.73，c为0.42~0.75，d为0.16~0.5，另外，本发明还提供了一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层的制备方法，该方法在衬底上采用物理气相沉积技术依次制备打底层、缓冲层和功能层，得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。本发明通过先后沉积打底层、缓冲层和功能层组成高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，具有良好的强韧性、高硬度和自润滑特点，具有阻断核辐射的作用，减少被防护的堆内结构材料因辐照造成的损伤。

Description

一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料表面加工处理技术领域，具体涉及一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层及其制备方法。
背景技术
核电技术的发展与国家能源安全休戚相关。发展新一代的商用反应堆，不仅要求有更大的功率，还要有更长的使用寿命和更高的安全性。材料作为保障反应堆质量的最基本条件，是我国实现能源安全的关键支撑。堆内构件是反应堆内的重要部件，为核燃料组件提供支承与定位。它既需要精确定位，还要防止流致振动导致的疲劳破坏。现用堆内构件主要采用耐腐蚀性良好的不锈钢、钛合金等合金材料，以减少高温、高热流、强酸性等堆内环境造成的腐蚀损伤和危害。然而，这类材料普遍存在表面硬度低、耐磨性差的缺点，极易发生粘附、转移以及粘着磨损，造成机械“咬死”甚至过早失效。因此，堆内构件的耐磨性优劣直接关系到核电站的安全与否。
Cr基氮化物涂层可以显著改善金属构件表面耐磨性不足的固有缺陷。例如，CrN和CrAlN涂层已被广泛应用于模具、工具以及刀具行业。同时，Cr基氮化物涂层还具备耐高温水蒸气、耐酸腐以及抗冲蚀等优点。因此，Cr基氮化物涂层一直是核工业界和学术界的研究热点。CrAlBN是基于CrN和CrAlN发展起来的四元氮化物，具有由非晶BNx相包裹纳米晶CrAlN晶粒而形成的纳米复合结构。这种组织特性不仅让CrAlBN涂层拥有超高的硬度（＞3800HV），还能够在快速沉积过程中释放涂层应力，增加涂层结构的机械稳定性。BNx相主要包括c-BN相和hcp-BN相两种。c-BN相拥有超高的硬度，能起到弥散强化的作用，而hcp-BN拥有自润滑性，赋予涂层自润滑特点。此外，B元素具有优越的的屏蔽热中子和抑制俘获γ射线的核特性，能起到阻断核辐射的作用。因此，相较于CrAlCN、CrAlSiN等高硬氮化物涂层，CrAlBN涂层在核用防护涂层领域具有更好的应用前景。然而，CrAlBN涂层的脆性明显，主要表现在一旦产生裂纹，则极易快速扩展至失效。一方面是因为CrAlBN的纳米结构具有本质脆性，另一方面是因为涂层在快速沉积过程中易于生成贯穿性粗大的脆性柱状结构。高脆性极大程度制约了CrAlBN涂层的耐磨效能。
构建多层复合涂层体系可以避免单一涂层的力学性能弊端。以往工作通过构建CrAlBN/TiAlN硬/硬多层复合涂层（公开号为US20130052477A1）引入异质界面，可以延缓裂纹的扩展，并阻隔柱状晶的贯穿性生长，从而一定程度上克服材料的脆性，提高材料的耐磨性。但是，硬/硬复合体系受限于自身脆性本质，对耐磨性的提升仍然有限。
综上，需要一种高硬耐磨CrAlBN基多层复合涂层，满足反应堆设计对堆内构件表面提出的更高性能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。该高硬耐磨CrAlBN基复合涂层通过先后沉积的Cr打底层、CrN缓冲层和CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层组成，其中CraTibAl（1-a-b）作为周期性的金属嵌入层结构，不仅增加功能层的韧性，还可以打断粗大柱状晶的生长，降低涂层的内应力，从而提高涂层的耐磨性，并且CrAlBN基多层复合涂层兼具良好的强韧性、高硬度和自润滑特点，具有更加优异的力学性能，具有阻断核辐射的作用，减少被防护的堆内结构材料因辐照造成的损伤，延缓服役寿命，在核用耐磨涂层领域具有良好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，其特征在于，该涂层包括在衬底上先后沉积的Cr打底层、CrN缓冲层和CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，其中a为0~0.7，b为0~0.73，c为0.42~0.75，d为0.16~0.5。
本发明通过先后沉积的Cr打底层、CrN缓冲层和CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层组成高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，高硬耐磨CrAlBN基多层复合涂层需严格按照衬底表面加Cr打底层加CrN缓冲层加CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层的位置关系进行制备，所述CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层中CraTibAl（1-a-b）层和CrcAldB1-c-dN层两者相互依存，不可或缺，CraTibAl（1-a-b）作为周期性的金属嵌入层结构，不仅增加功能层的韧性，还可以打断粗大柱状晶的生长，降低涂层的内应力，从而提高涂层的耐磨性，CrAlBN基复合涂层的优点在于高硬度和自润滑性，相比于传统二元、三元氮化物，CrAlBN基复合涂层通过多元合金化获得更加优异的力学性能，CrAlBN基复合涂层中的纳米级fcc-AlCrN晶粒周围被一层薄的BNx相包裹，使涂层具有超高硬度和低压应力，另外，在CrAlBN基复合涂层中还发现存在c-BN和hcp-BN相，c-BN相拥有超高硬度、高耐磨性和高温硬度，而hcp-BN拥有自润滑作用，CrAlBN基多层复合涂层兼具良好的强韧性和自润滑特点，同时，B元素具有很好的屏蔽中子效应，具有阻断核辐射的作用，减少被防护的堆内结构材料因辐照造成的损伤，延缓服役寿命，本发明制备的CrAlBN基多层复合涂层在核用耐磨涂层领域具有良好的应用前景；
本发明通过控制CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层中a为0~0.7，b为0~0.73，c为0.42~0.75，d为0.16~0.5，以上化学计量数比能够保证功能层中的CraTibAl（1-a-b）层和CrcAldB1-c-dN层均具有良好的力学性能和耐腐蚀性，同时，使CraTibAl（1-a-b）层与CrcAldB1-c-dN层之间形成良好的成分和应力过渡，提升CraTibAl（1-a-b）层与CrcAldB1-c-dN层之间界面处的结合力。
上述的一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，其特征在于，所述CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层为交替沉积的CraTibAl（1-a-b）层和CrcAldB1-c-dN层，CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层的首层为CrcAldB1-c-dN，最外层也为CrcAldB1-c-dN。功能层的首层为CrcAldB1-c-dN，保证了衬底与功能层之间形成依次由Cr、CrN以及CrcAldB1-c-dN组成的过渡结构，使衬底与功能层之间实现金属结构至氮化物结构的缓慢过渡，提升衬底与功能层之间的结合力，功能层的最外层为CrcAldB1-c-dN层，保证了功能层具有良好的表面力学性能以及耐腐蚀性。
上述的一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，其特征在于，所述CraTibAl（1-a-b）层中当b=0时CraTibAl（1-a-b）层为Cr-Al二元合金层，当a=0时CraTibAl（1-a-b）层为Ti-Al二元合金层，当a和b均不等于0时CraTibAl（1-a-b）层为Cr-Ti-Al三元合金层，相比于Cr、Ti、Al等纯金属嵌入层，Cr-Al、Ti-Al以及Cr-Ti-Al合金层具有更高的强度、刚度、抗蠕变能力以及抗氧化能力，将Cr-Al、Ti-Al以及Cr-Ti-Al合金层作为功能层的金属嵌入层，可以进一步提高功能层的综合力学性能以及化学稳定性。
另外，本发明还提供了一种制备高硬耐磨CrAlBN基复合涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为5.0×10-4Pa~8.0×10-3Pa后加热至100℃~350℃并保温；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为100℃~350℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.3Pa~1.5Pa后开启Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的弧电流为60A~100A，预蒸发处理的时间为5min~10min；所述Ar气的流量为1300sccm~1500sccm；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气的流量为1300sccm~1500sccm，真空度为1.3Pa~1.5Pa，关闭Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至140A~190A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至-800V~-1200V，对衬底进行轰击清洗5min~15min；所述氩气的质量纯度不小于99.9%；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气流量为1300sccm~1500sccm，真空度为1.3Pa~1.5Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至130A~160A，调整衬底的偏压电源至-75V~-125V，沉积Cr打底层20min~30min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气流量为1200sccm~1500sccm，并通入N2气至真空度为1.4Pa~1.8Pa，N2气流量为400sccm~500sccm，维持衬底的偏压至-75V~-125V，Cr靶弧电流为130A~160A，沉积CrN缓冲层20min~30min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气流量调整至400sccm~800sccm，N2气流量调整至1200sccm~1600sccm，调整真空度为2.0Pa~2.4Pa，维持衬底的偏压为-75V~-125V，开启CrAlB靶、Al靶和Cr靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A~100A，Al靶的弧电流为0~50A，Cr靶的弧电流为0~60A，沉积CrcAldB1-c-dN层10min~30min；
步骤九、将步骤八中制备CrcAldB1-c-dN层后的衬底在真空室内制备CraTibAl（1-a-b）层；所述制备CraTibAl（1-a-b）层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，关闭N2气，调整Ar气流量为1300sccm~1500sccm，真空度为1.3Pa~1.5Pa，衬底偏压为-75V~-125V，关闭CrAlB靶，开启Cr靶、Ti靶和Al靶，其中Cr靶的弧电流为0~120A，Ti靶的弧电流为0~100A，Al靶的弧电流为0~90A，沉积CraTibAl（1-a-b）层为10min~30min；
步骤十、重复进行步骤八和步骤九6次~13次，然后再进行一次步骤八，交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
本发明通过对衬底进行预清洗，去除衬底表面的杂质，通过在多弧离子镀设备中安装靶材和衬底，并对真空室进行抽真空和加热，为后续的多弧离子镀提供条件，通过预蒸发处理去除靶材表面氧化皮，提高CrAlBN基复合涂层的质量，然后在衬底上依次沉积Cr打底层、CrN缓冲层和CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，其中CraTibAl（1-a-b）层和CrcAldB1-c-dN层交替重复多次，通过对沉积参数的优选调控实现对涂层成分的精确控制，实现了高硬耐磨CrAlBN基复合涂层的制备。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min。本发明通过预清洗，去除衬底表面的杂质。
上述的方法，其特征在于，步骤八中所述制备的CrcAldB1-c-dN层的厚度为360nm~600nm。
上述的方法，其特征在于，步骤九中所述制备的CraTibAl（1-a-b）层的厚度为200nm~300nm。
本发明通过控制CraTibAl（1-a-b）层和CrcAldB1-c-dN层的厚度和成分能保证各层能发挥自身力学性能优势，使得CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层具有良好的综合强韧度，优化耐磨性。
上述的方法，其特征在于，步骤十中所述CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层的调制周期为600nm~800nm，调制比为0.33~0.75，周期数为6~13，CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层的总厚度为4.88μm~10.0μm。本发明中调制周期为CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层中CraTibAl（1-a-b）单层和CrcAldB1-c-dN单层的厚度和，调制比为CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层中每周期内CraTibAl（1-a-b）层和CrcAldB1-c-dN层的厚度比；本发明通过控制调制比和调制周期保证功能层中的各单层内晶粒细密，不易产生贯穿性大晶粒，降低单层之间界面处的应力集中，提高功能层各层之间的结合力以及功能层的整体机械性能。
上述的方法，其特征在于，步骤十中所述高硬耐磨CrAlBN基复合涂层的硬度大于4500HV，磨损率小于6.1×10-6mm3/m·N。本发明制备的CrAlBN基多层复合涂层的硬度达到4500HV以上，磨损率可以低至6.1×10-6mm3/m·N，说明本发明制备的CrAlBN基多层结构复合涂层具有高硬耐磨的优点，满足苛刻的服役工况使用要求，提高了本发明的实用性。
上述的方法，其特征在于，步骤十中所述交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层后，维持真空度为1.3Pa~1.5Pa，温度为150℃~350℃保持15min~30min，然后随炉冷却至80℃以下在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过先后沉积的Cr打底层、CrN缓冲层和CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层组成高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，其中CraTibAl（1-a-b）作为周期性的金属嵌入层结构，不仅增加功能层的韧性，还可以打断粗大柱状晶的生长，降低涂层的内应力，从而提高涂层的耐磨性，并且CrAlBN基多层复合涂层兼具良好的强韧性、高硬度和自润滑特点，具有更加优异的力学性能，具有阻断核辐射的作用，减少被防护的堆内结构材料因辐照造成的损伤，延缓服役寿命，在核用耐磨涂层领域具有良好的应用前景。
2、本发明不仅充分利用了Cr元素耐高温、抗氧化以及耐腐蚀的特点，还综合了合金涂层和CrAlBN氮化物涂层各自的力学性能优势，获得高耐磨的涂层结构，以满足现阶段反应堆设计对堆内构件提出的性能要求。
3、本发明采用物理气相沉积技术制备CrAlBN基多层复合涂层，通过对沉积参数的优选调控实现对涂层成分的精确控制，使CrAlBN基多层复合涂层材料与衬底间具有良好的结合强度，涂层结构均匀、致密，具有良好的耐磨损性能，并且操作简便。
4、本发明的CrAlBN基多层复合涂层适用于核能领域机构组件，极大提高了组件表面的耐磨性能，且不改变组件的原有尺寸，无需进行重新设计和加工，具有较高的经济性和适用性。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的CrAlBN基多层复合涂层的摩擦系数图。
图2为本发明实施例1制备的CrAlBN基多层复合涂层的磨痕截面图。
图3为本发明实施例1制备的CrAlBN基多层复合涂层的磨损形貌图。
图4为本发明对比例1制备的CrAlBN涂层的摩擦系数图。
图5为本发明对比例1制备的CrAlBN涂层的磨痕截面图。
图6为本发明对比例1制备的CrAlBN涂层的磨损形貌图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为2.0×10-3Pa后加热至300℃并保温，直至真空度恢复到2.0×10-3Pa；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为300℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.3Pa后开启Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的弧电流为70A，预蒸发处理的时间为10min；所述Ar气的流量为1300sccm；所述氩气的质量纯度不小于99.9%；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气的流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，关闭Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至180A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至-900V，对衬底进行轰击清洗15min；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至130A，调整衬底的偏压电源至-125V，沉积Cr打底层30min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1500sccm，并通入N2气至真空度为1.8Pa，N2气流量为500sccm，维持衬底的偏压至-125V，Cr靶弧电流为130A，沉积CrN缓冲层20min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量调整至800sccm，N2气流量调整至1600sccm，调整真空度为2.4Pa，维持衬底的偏压为-125V，开启CrAlB靶、Al靶和Cr靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A，Cr靶的弧电流为60A，沉积CrcAldB1-c-dN层30min，其中c=0.75，d=0.17，即Cr0.75Al0.17B0.08N层；
步骤九、将步骤八中制备CrcAldB1-c-dN层后的衬底在真空室内制备CraTibAl（1-a-b）层；所述制备CraTibAl（1-a-b）层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，关闭N2气，调整Ar气流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，衬底偏压为-125V，关闭CrAlB靶，开启Cr靶、Ti靶和Al靶，其中Cr靶的弧电流为120A，Ti靶的弧电流为55A，Al靶的弧电流为60A，沉积CraTibAl（1-a-b）层为15min，其中a=0.53，b=0.19，即Cr0.53Ti0.19Al0.28层；
步骤十、重复进行步骤八和步骤九9次，然后再进行一次步骤八，交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，再维持真空度为1.3Pa，温度为300℃保持30min，然后随炉冷却至80℃以下，在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
经检测，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层中，Cr打底层的厚度为320nm，CrN缓冲层的厚度为380nm，Cr0.75Al0.17B0.08N/Cr0.53Ti0.19Al0.28功能层中，每层Cr0.75Al0.17B0.08N厚度为600nm，每层Cr0.53Ti0.19Al0.28厚度为200nm，CrAlBN基多层复合涂层的总厚度为8.5μm，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的涂层硬度能达到4571HV。
图1为本发明实施例1制备的CrAlBN基多层复合涂层的摩擦系数图，从图1中可以看出，往复摩擦测试过程中，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的摩擦系数在0.6左右。
图2为本发明实施例1制备的CrAlBN基多层复合涂层的磨痕截面图，从图2中可以看出，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层磨痕面积为0.00078mm2，折算成磨损率为6.1×10-6mm3/m·N。
图3为本发明实施例1制备的CrAlBN基多层复合涂层的磨损形貌图，从图3中可以看出，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层在进行磨损测试后未发生开裂和脱落，很好地保护了基体材料。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为2.0×10-3Pa后加热至300℃并保温，直至真空度恢复到2.0×10-3Pa；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为300℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.3Pa后开启Cr靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶和CrAlB合金靶的弧电流为80A，预蒸发处理的时间为10min；所述Ar气的流量为1300sccm；所述氩气的质量纯度不小于99.9%；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气的流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，关闭CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至190A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至-800V，对衬底进行轰击清洗15min；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至130A，调整衬底的偏压电源至-125V，沉积Cr打底层30min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1500sccm，并通入N2气至真空度为1.8Pa，N2气流量为500sccm，维持衬底的偏压至-125V，Cr靶弧电流为130A，沉积CrN缓冲层20min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层，再维持真空度为1.3Pa，温度为300℃保持30min，然后随炉冷却至80℃以下，在衬底上得到CrAlBN涂层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量调整至800sccm，N2气流量调整至1600sccm，调整真空度为2.4Pa，维持衬底的偏压为-125V，开启CrAlB靶和Cr靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A，Cr靶的弧电流为60A，沉积CrcAldB1-c-dN层360min，其中c=0.75，d=0.17，即Cr0.75Al0.17B0.08N层；
经检测，本对比例制备的CrAlBN涂层中，Cr打底层的厚度为300nm，CrN缓冲层的厚度为360nm，Cr0.75Al0.17B0.08N功能层厚度为6700nm，涂层总厚度为7.36μm，本对比例制备的CrAlBN涂层的硬度为4000HV。
图4为本发明对比例1制备的CrAlBN涂层的摩擦系数图，从图4中可以看出，本对比例制备的CrAlBN涂层在摩擦过程中，本实施例制备的单层CrAlBN涂层的摩擦系数变化明显，从0.8升高至1.0。
图5为本发明对比例1制备的CrAlBN涂层的磨痕截面图，从图4中可以看出，本对比例制备的CrAlBN涂层磨痕面积为0.0408mm2。
图6为本发明对比例1制备的CrAlBN涂层的磨损形貌图，从图4中可以看出，本对比例制备的CrAlBN涂层在进行磨损测试后受到磨损而产生明显开裂，因而单层CrAlBN涂层未能保护基体。
通过实施例1与对比例1对比可以看出，对比例1中采用厚度较厚的CrcAldB1-c-dN层作为功能层，而实施例1中交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，因此对比例1中得到的CrAlBN涂层摩擦系数变化明显，磨痕面积大于实施例1，对比例制备的CrAlBN涂层在进行磨损测试后受到磨损而产生明显开裂，因而单层CrAlBN涂层未能保护基体。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为2.0×10-3Pa后加热至300℃并保温，直至真空度恢复到2.0×10-3Pa；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为300℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.5Pa后开启Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的弧电流为70A，预蒸发处理的时间为10min；所述Ar气的流量为1500sccm；所述氩气的质量纯度不小于99.9%；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气的流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，关闭Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至180A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至-900V，对衬底进行轰击清洗15min；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至130A，调整衬底的偏压电源至-100V，沉积Cr打底层30min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1500sccm，并通入N2气至真空度为1.8Pa，N2气流量为500sccm，维持衬底的偏压至-100V，Cr靶弧电流为130A，沉积CrN缓冲层20min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量调整至800sccm，N2气流量调整至1600sccm，调整真空度为2.4Pa，维持衬底的偏压为-100V，开启CrAlB靶、Al靶和Cr靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A，Cr靶的弧电流为60A，沉积CrcAldB1-c-dN层30min，其中c=0.71，d=0.16，即Cr0.71Al0.16B0.13N层；
步骤九、将步骤八中制备CrcAldB1-c-dN层后的衬底在真空室内制备CraTibAl（1-a-b）层；所述制备CraTibAl（1-a-b）层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，关闭N2气，调整Ar气流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，衬底偏压为-100V，关闭CrAlB靶，开启Cr靶、Ti靶和Al靶，其中Cr靶的弧电流为100A，Ti靶的弧电流为95A，Al靶的弧电流为50A，沉积CraTibAl（1-a-b）层为15min，其中a=0.42，b=0.47，即Cr0.42Ti0.47Al0.11层；
步骤十、重复进行步骤八和步骤九11次，然后再进行一次步骤八，交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，再维持真空度为1.5Pa，温度为300℃保持30min，然后随炉冷却至80℃以下，在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
经检测，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层中Cr打底层的厚度为300nm，CrN缓冲层的厚度为360nm，Cr0.71Al0.16B0.13N/Cr0.42Ti0.47Al0.11功能层中，每层Cr0.71Al0.16B0.13N厚度为550nm，每层Cr0.42Ti0.47Al0.11厚度为250nm，CrAlBN基多层复合涂层的总厚度为10.0μm，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的涂层硬度能达到4206HV，往复摩擦测试过程中，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的摩擦系数在0.6左右，略有提升，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层磨痕面积为0.00083mm2，折算成磨损率为6.5×10-6mm3/m·N。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为2.0×10-3Pa后加热至300℃并保温，直至真空度恢复到2.0×10-3Pa；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为300℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.5Pa后开启Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的弧电流为100A，预蒸发处理的时间为10min；所述Ar气的流量为1500sccm；所述氩气的质量纯度不小于99.9%；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气的流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，关闭Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至190A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至-1200V，对衬底进行轰击清洗15min；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至140A，调整衬底的偏压电源至-125V，沉积Cr打底层25min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量为1500sccm，并通入N2气至真空度为1.8Pa，N2气流量为500sccm，维持衬底的偏压至-125V，Cr靶弧电流为130A，沉积CrN缓冲层20min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，Ar气流量调整至800sccm，N2气流量调整至1600sccm，调整真空度为2.4Pa，维持衬底的偏压为-125V，开启CrAlB靶和Cr靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A，Cr靶的弧电流为40A，沉积CrcAldB1-c-dN层20min，其中c=0.64，d=0.23，即Cr0.64Al0.23B0.13N层；
步骤九、将步骤八中制备CrcAldB1-c-dN层后的衬底在真空室内制备CraTibAl（1-a-b）层；所述制备CraTibAl（1-a-b）层的过程为：维持真空室内的温度为300℃，关闭N2气，调整Ar气流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，衬底偏压为-125V，关闭CrAlB靶，开启Cr靶、Ti靶和Al靶，其中Cr靶的弧电流为40A，Ti靶的弧电流为120A，Al靶的弧电流为60A，沉积CraTibAl（1-a-b）层为20min，其中a=0.13，b=0.63，即Cr0.13Ti0.63Al0.24层；
步骤十、重复进行步骤八和步骤九6次，然后再进行一次步骤八，交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，再维持真空度为1.5Pa，温度为300℃保持30min，然后随炉冷却至80℃以下，在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
经检测，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层中，Cr打底层的厚度为300nm，CrN缓冲层的厚度为360nm，Cr0.64Al0.23B0.13N/Cr0.13Ti0.63Al0.24功能层中，每层Cr0.64Al0.23B0.13N厚度为380nm，每层Cr0.13Ti0.63Al0.24厚度为260nm，CrAlBN基多层复合涂层的总厚度为4.88μm，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的涂层硬度能达到3900HV，往复摩擦测试过程中，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的摩擦系数在0.6左右，磨损率为7.0×10-6mm3/m·N。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为5.0×10-4Pa后加热至350℃并保温，直至真空度恢复到8.0×10-4Pa；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为350℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.3Pa后开启Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的弧电流为60A，预蒸发处理的时间为10min；所述Ar气的流量为1300sccm；所述氩气的质量纯度不小于99.9%；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为350℃，Ar气的流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，关闭Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至140A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至-800V，对衬底进行轰击清洗15min；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为350℃，Ar气流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至160A，调整衬底的偏压电源至-125V，沉积Cr打底层20min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为350℃，Ar气流量为1200sccm，并通入N2气至真空度为1.4Pa，N2气流量为400sccm，维持衬底的偏压至-125V，Cr靶弧电流为150A，沉积CrN缓冲层25min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为350℃，Ar气流量调整至800sccm，N2气流量调整至1200sccm，调整真空度为2.0Pa，维持衬底的偏压为-125V，开启CrAlB靶和Cr靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A，Cr靶的弧电流为60A，沉积CrcAldB1-c-dN层20min，其中c=0.75，d=0.17，即Cr0.75Al0.17B0.08N层；
步骤九、将步骤八中制备CrcAldB1-c-dN层后的衬底在真空室内制备CraTibAl（1-a-b）层；所述制备CraTibAl（1-a-b）层的过程为：维持真空室内的温度为350℃，关闭N2气，调整Ar气流量为1300sccm，真空度为1.3Pa，衬底偏压为-125V，关闭CrAlB靶，开启Ti靶和Al靶，其中Ti靶的弧电流为120A，Al靶的弧电流为60A，沉积CraTibAl（1-a-b）层为15min，其中a=0，b=0.73，即Ti0.73Al0.27层；
步骤十、重复进行步骤八和步骤九13次，然后再进行一次步骤八，交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，再维持真空度为1.3Pa，温度为350℃保持20min，然后随炉冷却至80℃以下，在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
经检测，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层中，Cr打底层的厚度为320nm，CrN缓冲层的厚度为520nm，Cr0.75Al0.17B0.08N/Ti0.73Al0.27功能层中，每层Cr0.75Al0.17B0.08N厚度为400nm，每层Ti0.73Al0.27厚度为220nm，CrAlBN基多层复合涂层的总厚度为9.30μm，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的涂层硬度能达到4000HV，往复摩擦测试过程中，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的摩擦系数在0.7左右，磨损率为7.2×10-6mm3/m·N。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为8.0×10-4Pa后加热至150℃并保温，直至真空度恢复到8.0×10-4Pa；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为150℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.5Pa后开启Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的弧电流为70A，预蒸发处理的时间为10min；所述Ar气的流量为1500sccm；所述氩气的质量纯度不小于99.9%；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为150℃，Ar气的流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，关闭Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至180A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至-900V，对衬底进行轰击清洗5min；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为150℃，Ar气流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至130A，调整衬底的偏压电源至-75V，沉积Cr打底层30min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为150℃，Ar气流量为1200sccm，并通入N2气至真空度为1.4Pa，N2气流量为400sccm，维持衬底的偏压至-75V，Cr靶弧电流为160A，沉积CrN缓冲层20min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为150℃，Ar气流量调整至800sccm，N2气流量调整至1200sccm，调整真空度为2.0Pa，维持衬底的偏压为-75V，开启CrAlB靶和Al靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A，Al靶的弧电流为50A，沉积CrcAldB1-c-dN层20min，其中c=0.42，d=0.5，即Cr0.42Al0.5B0.08N；
步骤九、将步骤八中制备CrcAldB1-c-dN层后的衬底在真空室内制备CraTibAl（1-a-b）层；所述制备CraTibAl（1-a-b）层的过程为：维持真空室内的温度为150℃，关闭N2气，调整Ar气流量为1500sccm，真空度为1.5Pa，衬底偏压为-75V，关闭CrAlB靶，开启Cr靶和Al靶，其中Cr靶的弧电流为120A，Al靶的弧电流为60A，沉积CraTibAl（1-a-b）层为15min，其中a=0.3，b=0，即Cr0.3Al0.7层；
步骤十、重复进行步骤八和步骤九11次，然后再进行一次步骤八，交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，再维持真空度为1.5Pa，温度为150℃保持15min，然后随炉冷却至80℃以下，在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
经检测，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层中，Cr打底层的厚度为300nm，CrN缓冲层的厚度为500nm，Cr0.42Al0.5B0.08N/Cr0.3Al0.7功能层中，每层Cr0.42Al0.5B0.08N厚度为360nm，每层Cr0.3Al0.7厚度为240nm，CrAlBN基多层复合涂层的总厚度为5.96μm，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的涂层硬度为3800HV，往复摩擦测试过程中，本实施例制备的CrAlBN基多层复合涂层的摩擦系数在0.8左右，磨损率为9.1×10-6mm3/m·N。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，其特征在于，该涂层包括在衬底上先后沉积的Cr打底层、CrN缓冲层和CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，其中a为0~0.7，b为0~0.73，c为0.42~0.75，d为0.16~0.5。
2.根据权利要求1所述的一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，其特征在于，所述CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层为交替沉积的CraTibAl（1-a-b）层和CrcAldB1-c-dN层，CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层的首层为CrcAldB1-c-dN，最外层也为CrcAldB1-c-dN。
3.根据权利要求1所述的一种高硬耐磨CrAlBN基复合涂层，其特征在于，所述CraTibAl（1-a-b）层中当b=0时CraTibAl（1-a-b）层为Cr-Al二元合金层，当a=0时CraTibAl（1-a-b）层为Ti-Al二元合金层，当a和b均不等于0时CraTibAl（1-a-b）层为Cr-Ti-Al三元合金层。
4.一种制备如权利要求1~3中任一权利要求所述的高硬耐磨CrAlBN基复合涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将衬底进行预清洗，得到洁净衬底；所述衬底的材质为钛合金、锆合金或不锈钢；
步骤二、将步骤一中得到的洁净衬底、Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB靶装入多弧离子镀设备的真空室中，在真空室中得到靶材和基材；所述Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的质量纯度均不小于99.9%；所述CrAlB合金靶中Cr：Al：B的原子比为55：35：10；
步骤三、对步骤二中装有靶材和基材的真空室进行抽真空和加热；所述抽真空和加热的过程为：将真空室内抽真空至真空度为5.0×10-4Pa~8.0×10-3Pa后加热至100℃~350℃并保温；
步骤四、将步骤三中抽真空和加热后的真空室内的衬底进行预蒸发处理，得到预蒸发处理衬底；所述预蒸发处理的过程为：保持真空室内的温度为100℃~350℃，向真空室内通入Ar气至真空度为1.3Pa~1.5Pa后开启Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，对衬底进行预蒸发处理；所述预蒸发处理中Cr靶、Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶的弧电流为60A~100A，预蒸发处理的时间为5min~10min；所述Ar气的流量为1300sccm~1500sccm；
步骤五、将步骤四中预蒸发处理后的衬底在真空室内进行轰击清洗；所述轰击清洗的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气的流量为1300sccm~1500sccm，真空度为1.3Pa~1.5Pa，关闭Ti靶、Al靶和CrAlB合金靶，开启Cr靶，并将Cr靶的弧电流调整至140A~190A，打开衬底的偏压电源向衬底施加偏压至800V~1200V，对衬底进行轰击清洗5min~15min；
步骤六、将步骤五中轰击清洗后的衬底在真空室内制备Cr打底层；所述制备Cr打底层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气流量为1300sccm~1500sccm，真空度为1.3Pa~1.5Pa，维持Cr靶开启状态，将Cr靶的弧电流调整至130A~160A，调整衬底的偏压电源至-75V~-125V，沉积Cr打底层20min~30min；
步骤七、将步骤六中制备Cr打底层后的衬底在真空室内制备CrN缓冲层；所述制备CrN缓冲层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气流量为1200sccm~1500sccm，并通入N2气至真空度为1.4Pa~1.8Pa，N2气流量为400sccm~500sccm，维持衬底的偏压至-75V~-125V，Cr靶弧电流为130A~160A，沉积CrN缓冲层20min~30min；
步骤八、将步骤七中制备CrN缓冲层后的衬底在真空室内制备CrcAldB1-c-dN层；所述制备CrcAldB1-c-dN层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，Ar气流量调整至400sccm~800sccm，N2气流量调整至1200sccm~1600sccm，调整真空度为2.0Pa~2.4Pa，维持衬底的偏压为-75V~-125V，开启CrAlB靶、Al靶和Cr靶，其中CrAlB靶的弧电流为80A~100A，Al靶的弧电流为0~50A，Cr靶的弧电流为0~60A，沉积CrcAldB1-c-dN层10min~30min；
步骤九、将步骤八中制备CrcAldB1-c-dN层后的衬底在真空室内制备CraTibAl（1-a-b）层；所述制备CraTibAl（1-a-b）层的过程为：维持真空室内的温度为100℃~350℃，关闭N2气，调整Ar气流量为1300sccm~1500sccm，真空度为1.3Pa~1.5Pa，衬底偏压为-75V~-125V，关闭CrAlB靶，开启Cr靶、Ti靶和Al靶，其中Cr靶的弧电流为0~120A，Ti靶的弧电流为0~100A，Al靶的弧电流为0~90A，沉积CraTibAl（1-a-b）层为10min~30min；
步骤十、重复进行步骤八和步骤九6次~13次，然后再进行一次步骤八，交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层，制备CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层，在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述预清洗的过程为：先使用丙酮超声清洗15min，然后使用无水乙醇超声清洗20min，再用去离子水超声清洗20min。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤八中所述制备的CrcAldB1-c-dN层的厚度为360nm~600nm。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤九中所述制备的CraTibAl（1-a-b）层的厚度为200nm~300nm。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤十中所述CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层的调制周期为600nm~800nm，调制比为0.33~0.75，CraTibAl（1-a-b）/CrcAldB1-c-dN功能层的总厚度为4.88μm~10.0μm。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤十中所述交替沉积CrcAldB1-c-dN层和CraTibAl（1-a-b）层后，维持真空度为1.3Pa~1.5Pa，温度为150℃~350℃保持15min~30min，然后随炉冷却至80℃以下在衬底上得到高硬耐磨CrAlBN基复合涂层。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤十中所述高硬耐磨CrAlBN基复合涂层的硬度大于4500HV，磨损率小于6.1×10-6mm3/m·N。
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