本论文采用JGP450型反应磁控溅射仪,在Si片(100)和304不锈钢基底上,制备了一系列不同C含量的TiCN复合膜和不同V含量的TiVN复合膜。分别用扫描电子显微镜(SEM)及附带的能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕/划痕仪、摩擦磨损试验机和三维形貌仪等对各复合膜的化学成分、截面形貌、微结构、显微硬度、膜基结合力及不同温度下的摩擦磨损性能进行表征并分析。研究结果如下:对于不同C含量的TiCN复合膜的研究表明:室温下制备的TiCN复合膜为面心立方结构,择优取向为TiN(111)晶面,随着C含量的增加,(111)晶面衍射峰逐渐向小角度偏移,且不断宽化、弱化。TiCN复合膜中C原子的存在形式:部分C原子占据TiN晶格中N原子的位置,形成置换固溶体;还有部分C原子以无定形润滑相的形式存在。随着C含量的增加,TiCN复合膜的硬度呈现出先增大后减小的趋势,当C含量为19.10at.%时,复合膜的硬度达到最大,为32GPa。室温下的摩擦磨损实验结果表明:随着C含量的增加,TiCN复合膜的平均摩擦系数逐渐减小,说明C元素的加入能有效改善TiCN复合膜的室温摩擦性能,且C含量越高,摩擦性能越优异。此外,不同C含量的TiCN复合膜室温下的平均磨损率先减小后增大,当C含量为19.10at.%时,磨损率达到最低,为3.76×10-8 mm2N-1。高温下的摩擦磨损实验结果表明:随着环境温度的升高,TiCN复合膜的平均摩擦系数和磨损率均逐渐增大。说明C元素的加入并不能有效改善Ti CN薄膜的高温摩擦磨损性能。对于不同V含量的TiVN复合膜的研究表明:室温下制备的TiVN复合膜为面心立方结构,当V含量为9.48at.%时,Ti VN复合膜中出现了明显的VN(111)晶面衍射峰,此时薄膜为TiVN和VN的双相结构,择优取向始终为TiN(111)晶面,且随着V含量的增加,TiN(111)晶面衍射峰逐渐向大角度偏移。当V含量低于9.48at.%时,Ti VN复合膜中的V原子占据TiN晶格中Ti原子的位置,形成(Ti,V)N置换固溶体;当V原子在薄膜中的固溶度达到饱和时,多余的V原子则与N原子结合以VN的形式存在。随着V含量的增加,Ti VN复合膜的硬度和弹性模量值均先增大后减小:当V含量为4.53at.%时,复合膜的硬度达到最大,为23 GPa,同时弹性模量值也达到最大,为281GPa。室温下的摩擦磨损实验结果表明:TiVN复合膜室温下的平均摩擦系数随着V含量的增加先略升高后逐渐降低,并逐渐稳定在0.66左右。此外,不同V含量的TiVN复合膜室温下的平均磨损率先减小后增大,当V含量为4.53at.%时,磨损率达到最低,为6.88×10-8 mm2N-1。高温下的摩擦磨损实验结果表明:当环境温度低于300℃时,随着环境温度的升高,TiVN复合膜的平均摩擦系数逐渐增大;当环境温度高于300℃时,TiVN复合膜的平均摩擦系数逐渐降低,因为复合膜中形成了具有低剪切模量和自润滑效应的V2O5来充当固体润滑剂,且在700℃时,TiVN复合膜的平均摩擦系数达到最低,为0.44。此外,随着环境温度的升高,Ti VN复合膜的平均磨损率逐渐增大。