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随着制造业技术的飞速发展,现代工业摩擦系统的核心部件和技术依赖于低摩擦与高耐磨的高温固体润滑材料,特别是在较宽温度范围内具有优异摩擦学性能的固体润滑材料。但目前还未发现一种宽温域内具有低摩擦与高耐磨性的自润滑涂层,室温至高温的连续性润滑问题已经成为高新技术发展的瓶颈。本文针对自润滑涂层的连续性润滑问题,提出多层多元自润滑涂层的结构设计,并系统研究了多组元成分和多层结构对自润滑涂层的微观结构、力学性能和高温氧化及摩擦学性能的影响规律。首先,以Magnéli相元素Mo、V及软金属Cu作为润滑相,提出适应于中低温（RT～500℃）的自润滑涂层MoVCuN的多组元成分设计;其次,在硬质涂层AlTiN中引入Magnéli相元素V与软金属Cu作为高温润滑相,以获得适应于高温（＞500℃）的自润滑涂层AlTiVCuN的多组元成分设计;最后,通过引入扩散阻挡层与硬支撑层AlTiN形成多层结构,以提高MoVCuN和AlTiVCuN涂层的高温抗氧化性与耐磨性,从而实现宽温域自润滑硬质涂层的结构设计与成分优化。本文的主要研究结论如下:MoVCuN涂层具有两相结构包括B1-MoN和fcc-VN。随着N2分压的增加,单相结构B1-MoN逐渐转变为两相结构B1-MoN和δ-MoN。MoVCuN涂层的起始氧化温度为400℃,主要通过Mo和Cu元素的外扩散及O元素的内扩散来双向进行,形成了内层Mo-O和表层CuMoO4的润滑相氧化物。当温度升高至500℃时,加速了涂层的氧化分层,形成内层Mo-O和表层Cu3Mo2O9的氧化物。当Cu含量增加至30.9 at.%时,促进了外表层CuO的形成。在室温下,MoVCuN涂层表现出优异的摩擦学性能,获得低的摩擦系数～0.3和磨损率～10-17 m3/（N·m）,主要归因于摩擦氧化形成的润滑氧化物CuMoO4及磨损表面吸附水分的共同润滑作用。在300℃时,由于磨损表面吸附水分的蒸发且摩擦氧化有限,薄而脆的摩擦氧化物在干摩擦过程中易产生开裂与剥落磨损,导致摩擦系数和磨损率分别增加至～0.5和～10-16 m3/（N·m）。在400℃时,由于润滑相氧化物Mo-O和Cu-Mo-O的形成,摩擦系数降低至～0.4。在500℃时,由于大量氧化,摩擦系数进一步降低至～0.3,但其磨损率急剧增加至～10-14m3/（N·m）。V含量的增加,有效提高了 MoVCuN涂层在中低温下的抗氧化性与耐磨性。Cu含量的增加,促进了Cu-Mo-O润滑相的形成,有效降低了摩擦系数。AlTiVCuN涂层呈现出fcc-TiAlVN固溶体结构。Cu含量的增加,由于反复形核而抑制了氮化物相的结晶生长,逐渐降低了涂层的硬度和残余应力。当Cu含量较低时,金属Cu以单质的形成存在于fcc-TiAlVN的晶界处;而当Cu含量增加至46.7 at.%时,Cu以结晶相的形成存在,呈现柱状晶结构。在600℃时,富V的AlTiCuN-V（16.7 at.%）涂层的氧化主要通过Al、V和Cu元素的外扩散及O元素的内扩散,形成V2O5、AlV04以及CuO的混合氧化物,导致摩擦系数降低至～0.66。Cu含量的增加,有助于抑制或减少AlVO4相的形成,促进了 V2O5润滑相的形成,获得低的摩擦系数～0.45和磨损率～10-16m3/（N·m）。富Cu的AlTiVN-Cu（22.6 at.%）涂层的氧化主要通过金属Cu的外扩散,形成薄而致密的CuO,导致摩擦系数和磨损率分别增加至～0.50和～10-15m3/（N·m）。在800℃时,AlTiN-Cu涂层的氧化主要通过O元素的内扩散,形成TiO2和Al2O3及CuO的混合氧化物。Cu含量的增加,加速了 AlTiN-Cu涂层的氧化分层,降低了摩擦系数。当Cu含量较高（≥18.4 at.%）时,促进了金属Cu的外扩散与氧化,形成了内层的TiO2和A12O3混合氧化物及外表层的CuO,导致摩擦系数降低至～0.53。涂层的高温摩擦,属于一种典型的预氧化而后摩擦的过程,且涂层表面预氧化形成的润滑氧化物将直接影响或决定涂层的摩擦系数。AlTiN涂层作为扩散阻挡层与硬支撑层,有效提高了多层涂层的高温抗氧化性与耐磨性。在600℃时,多层涂层AlTiN/AlTiVCuN呈现出周期性交替摩擦磨损,提高了涂层的耐磨性,但增加了摩擦系数。在750℃时,Al0.43Ti0.22V0.14Cu0.21N涂层的氧化主要通过Al、V和Cu元素的外扩散及O元素的内扩散,形成了 Cu2V2O7和Cu3V2O8的润滑相,导致涂层的摩擦系数急剧降低至～0.24。相比于涂层的静态氧化,摩擦生热加剧了涂层的快速氧化,降低了涂层的耐磨性。多层涂层AlTiN/AlTiVCuN提高了高温抗氧化性与耐磨性,但摩擦生热加剧了涂层内元素的外扩散与氧化而出现了层间间隙,降低了多层涂层的机械稳定性。