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通过反应磁控溅射制备了一系列不同AlON厚度的CrAlN／AlON纳米多层涂层，用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和纳米压痕仪分别对涂层微观结构和力学性能进行了的表征和测量。研究表明：非晶态的AlON层在厚度小于0.9nm时，在B1-NaCl结构的CrAlN层的模板作用下转变为晶体结构，并与CrAlN层呈共格外延生长，涂层出现超硬效应；当AlON厚度为0.9nm时，涂层的硬度和弹性模量分别最高可达32.8GPa和404GPa；当AlON厚度超过0.9nm时，AlON逐渐转变回非晶结构并且破坏了涂层的共格外延生长，力学性能随之降低。CrAlN／AlON纳米多层涂层超硬效应的强化机制可解释为模量差效应和交变应力场效应的共同作用。