本发明属于金属表面处理技术领域，尤其涉及一种制备氮碳化物复合涂层的工艺方法。
背景技术：
目前，具有高度化学稳定性的金属陶瓷材料氮化物、碳化物等，由于其高硬度、高耐磨性、良好的抗腐蚀等性能，受到航空航天、仪表、机械加工、石油石化等领域的重视，他们可以提高材料的表面硬度、抗氧化等从而延长相关设备的使用寿命，从而达到节约资源的效果。
crn涂层具有较高的硬度、良好的耐高温、耐摩擦等性能，被广泛应用于金属的表面强化处理中。然而传统的crn涂层在一些强腐蚀介质中容易腐蚀脱落，且脆性较大，在应力作用下，容易产生裂纹从而加速失效；并且在金属、机械部零件表面施加的单层氮化物呈现柱状晶生长，其内部贯穿性缺陷容易成为腐蚀介质的快速扩散通道，造成涂层耐蚀性能提前失效。
技术实现要素：
本发明针对背景技术所阐述的基体表面crn涂层的不足，提供一种制备氮碳化物crn/crc复合涂层的工艺技术，本发明结合了磁控溅射与等离子体反应操作，消除了层间应力的产生，制备出的crn/crc复合涂层具有高硬度、高耐蚀性和高稳定性等优点，能够解决现有的基体表面crn涂层腐蚀脱落等问题。
本发明采用的具体方案为：
(1)基体的活化
将20mm*20mm*2mm的金属基体打磨去除氧化层后，在丙酮中超声清洗，干燥，然后放入磁控溅射设备的工件架上，腔体本底抽真空至10-4pa后，开启电源将基体预热至250℃～450℃，随后通入氩气对基体表面进行轰击活化，ar流量为60ml/min，通氩气持续45min，
其中，金属基体是tialv合金(但不限于tialv合金)；
(2)减小氩气流量，开启cr靶电源，基体施加负偏压，利用磁控溅射技术在经过步骤(1)活化的基体表面沉积cr过渡层，
其参数为：氩气流量减少为45ml/min，工作气压0.1～0.5pa，靶材电流50～150a，基体负偏压-200～-400v，沉积时间5～10min；
(3)通入氮气和氩气的混合气体，并利用磁控溅射技术在步骤(2)中得到的cr过渡层表面沉积反应形成crn层，
其参数为：工作气压0.1～0.5pa，混合气体中氩气分压占20％～40％、氮气分压占60％～80％，基体负偏压-200～-400v，采用直流磁控溅射，cr靶功率800～1500w，靶材电流50～150a，沉积时间6～8h；
(4)关闭步骤(3)中混合气体的气阀，切断cr靶的电源，向腔体内通入氩气、甲烷的混合气体，利用等离子体反应技术使步骤(3)中得到的crn层表层原位转化为crc层，
其参数为：控制基体温度为600℃，工作气压0.1～0.5pa，混合气体中甲烷分压占15％，沉积时间为1h，
最终形成的是依次由cr过渡层、crn层以及crc层组成的复合涂层，其中cr层厚度约为0.4μm，crn层厚度为6μm，crc层为0.8μm。
本发明的有益效果在于：由于氮化铬和碳化铬在物质上的差别，现有技术中crn和crc是不相容的，两者结合程度差、易脱落；而采用本专利的工艺在氮化铬表面原位沉积碳化铬，氮化铬向碳化铬的转变呈现梯度分布，这样的转变使氮化铬和碳化铬之间形成冶金结合，实现了两者很好地相容，这种结合力显著强于直接在crn表面沉积crc。
此外，本发明制备的复合涂层表面平滑致密，表面粗糙度小，涂层与基体的结合力强，韧性佳；不同性能优点的涂层结合在一起，使涂层的综合性能得到提高；涂层的制备工艺稳定，可重复性好，适应大生产要求。
附图说明
图1为实施例1中，步骤(3)中的crn(下方谱图)及其经过步骤(4)的等离子反应后，其表层转化为crc(上方图谱)的xrd图，
由于xrd的穿透能力，所以在检测到最顶层的碳化物膜层时，xrd也会测到下面的氮化物，因此用于表征crc的上方图谱中也存在一定的氮化铬特征峰。
具体实施方式
首先将tialv合金样品切割成20mm*20mm*2mm的试样，然后在预磨机上对其依次采用500#、800#、1000#、1500#的sic砂纸进行打磨以去除氧化层，并用丙酮超声清洗、干燥；最后将样品进行喷砂处理至其失去金属光泽。
实施例1
(1)将上述处理后的tialv样品放入磁控化设备工件架上，本底抽真空至10-4pa，将tialv样品预热至300℃，随后通入氩气对tialv样品表面进行轰击活化，ar流量为60ml/min，通氩气持续45min；(2)减小氩气流量为45ml/min，开启cr靶电源，靶材电流设定为68a，基体施加-200v的负偏压，工作总气压设定为0.5pa，采用直流磁控溅射在经过步骤(1)活化的基体表面沉积cr过渡层，直流磁控溅射功率为800w，沉积6分钟后得到0.2μm的cr过渡层；
(3)通入氮气和氩气的混合气体(氩气分压占40％、氮气分压占60％)，保持工作总气压为0.5pa，cr靶靶材电流保持68a，直流磁控溅射功率保持800w，基体负偏压调整为-150v，在步骤(2)中得到的cr过渡层表面沉积6h后得到厚度为6μm的crn层；
(4)关闭步骤(3)中混合气体的气阀并切断cr靶的电源，控制基体tialv样品温度为600℃，向腔体内通入氩气、甲烷的混合气体(甲烷分压占5％)，保持工作总气压为0.5pa，基体负偏压调整为-100v，利用等离子体反应技术处理30分钟，使步骤(3)中得到的crn层表层转化为crc层，crc涂层厚度为0.4μm；
(5)冷却后取出样品。
实施例2
(1)将上述处理后的tialv样品放入磁控化设备工件架上，本底抽真空至10-4pa，将tialv样品预热至400℃，随后通入氩气对tialv样品表面进行轰击活化，ar流量为60ml/min，通氩气持续45min；
(2)减小氩气流量为45ml/min，开启cr靶电源，靶材电流设定为68a，基体施加-150v的负偏压，工作总气压设定为0.5pa，采用直流磁控溅射在经过步骤(1)活化的基体表面沉积cr过渡层，直流磁控溅射功率为1200w，沉积8分钟后得到0.3μm的cr过渡层；
(3)通入氮气和氩气的混合气体(氩气分压占30％、氮气分压占70％)，保持工作总气压为0.5pa，cr靶靶材电流保持68a，直流磁控溅射功率保持1200w，基体负偏压调整为-100v，在步骤(2)中得到的cr过渡层表面沉积7h后得到厚度为7μm的crn层；
(4)关闭步骤(3)中混合气体的气阀并切断cr靶的电源，控制基体tialv样品温度为600℃，向腔体内通入氩气、甲烷的混合气体(甲烷分压占10％)，保持工作总气压为0.5pa，基体负偏压为-100v，利用等离子体反应技术处理45分钟，使步骤(3)中得到的crn层表层转化为crc层，crc涂层厚度为0.6μm；
(5)冷却后取出样品。
实施例3
(1)将上述处理后的tialv样品放入磁控化设备工件架上，本底抽真空至10-4pa，将tialv样品预热至450℃，随后通入氩气对tialv样品表面进行轰击活化，ar流量为60ml/min，通氩气持续45min；
(2)减小氩气流量为45ml/min，开启cr靶电源，靶材电流设定为68a，基体施加-100v的负偏压，工作总气压设定为0.5pa，采用直流磁控溅射在经过步骤(1)活化的基体表面沉积cr过渡层，直流磁控溅射功率为1500w，沉积10分钟后得到0.5μm的cr过渡层；
(3)通入氮气和氩气的混合气体(氩气分压占25％、氮气分压占75％)，保持工作总气压为0.5pa，cr靶靶材电流保持68a，直流磁控溅射功率保持1500w，基体负偏压调整为-60v，在步骤(2)中得到的cr过渡层表面沉积8h后得到厚度为7.6μm的crn层；
(4)关闭步骤(3)中混合气体的气阀并切断cr靶的电源，控制基体tialv样品温度为600℃，向腔体内通入氩气、甲烷的混合气体(甲烷分压占15％)，保持工作总气压为0.5pa，基体负偏压调整为-100v，利用等离子体反应技术处理60分钟，使步骤(3)中得到的crn层表层转化为crc层，crc涂层厚度为0.8μm；
(5)冷却后取出样品。