纳米复合涂层（TiSiN或 TiAlSiN）具有超高的硬度，良好的热稳定性和高温抗氧化能力，已经引起了研究者的广泛关注，然而，纳米复合涂层的摩擦系数较高，缺少自润滑特性。此外，目前的制备技术也存在一定工艺上的局限，如：等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）的涂层沉积温度较高，对精密零部件的表面处理产生一定限制；反应磁控溅射存在“靶中毒”问题，涂层和基体的结合强度较低；多弧离子镀存在“大颗粒”问题，影响了涂层的表面质量和力学性能等。等离子体浸没离子注入与沉积（PIIID）技术具有低温处理和膜基结合强度高等诸多优点，因此，将PIIID技术用于纳米复合涂层制备，将具有广阔的应用前景和重要的理论意义。　　本文设计了一套多阴极等离子体注入与沉积装置，利用磁过滤系统对产生的等离子体进行约束和引导，在优化磁场参数的基础上，研究了不同磁过滤系统引出离子的分布均匀性及合成涂层的表面质量和沉积速率。测试结果表明，设计的多阴极等离子体注入与沉积装置可实现多个阴极同时放电，引出的等离子体分布具有一定的直射性，并呈现逆时针方向偏转，随着磁过滤器弯曲角度增加，涂层的表面质量提高，而涂层的沉积速率降低。　　本文采用设计的多阴极等离子体注入与沉积装置成功地制备了TiAlSiN纳米复合涂层，通过调整Ti和SiAl阴极的主弧脉冲宽度，实现了TiAlSiN涂层组成成分的大范围调节。微观组织结构分析结果表明：TiAlSiN涂层具有典型的纳米复合结构，即n-TiAlN包裹在a-Si3N4矩阵中，Si元素含量对涂层的微观组织结构和力学性能具有重要影响。随着涂层中Si元素含量的增加，涂层的纳米晶尺寸逐渐降低，当Si含量为6.0％时，涂层具有超高的硬度40GPa和良好的结合强度。在涂层微观组织结构和力学性能分析的基础上，进一步对Si元素含量为6.0%TiAlSiN涂层的高温性能及微观组织结构特征进行深入分析。研究结果表明：TiAlSiN涂层表现出良好的热稳定性和抗氧化能力，经800℃高温真空退火处理后，涂层仍具有超高的硬度约42GPa。在800℃高温氧化过程中，TiAlSiN涂层的结构保持稳定，无明显Ti、Al和Si元素扩散发生，原位生成的氧化层仍然保持着纳米复合结构，其硬度高达41GPa。　　为了降低TiAlSiN涂层的摩擦系数，本文将碳元素掺杂到涂层中，合成了DLC-TiAlSiN复合涂层，研究了碳掺杂对涂层微观组织结构、力学及摩擦学性能的影响规律。研究结果表明：DLC-TiAlSiN涂层具有典型的纳米复合结构，即n-TiCN镶嵌在DLC、a-Si3N4、a-SiC和a-CN矩阵中，随着碳元素含量的增加，涂层中纳米晶尺寸降低，相邻晶粒间距增大。当涂层的纳米晶间距和DLC含量较小时，涂层表现出超高的硬度约50GPa和较高的摩擦系数。随着纳米晶间距和DLC含量增加，涂层的自润滑性能增强，但涂层的硬度逐渐降低。同时进一步分析了DLC-TiAlSiN涂层在高温服役过程中微观组织结构的演化特征及高温失效机制，研究结果表明：经800℃高温真空退火处理后，DLC-TiAlSiN涂层仍然保持稳定的纳米复合结构，但涂层中DLC发生石墨化转变，且随着处理温度增加，DLC石墨化程度加剧，导致涂层硬度逐渐降低，但涂层仍保持着低的摩擦系数。当DLC-TiAlSiN涂层在大气环境下服役时，涂层的自润滑特性对服役温度非常敏感，当服役温度超过600℃时，涂层的自润滑特性降低，这主要是源于涂层表面发生碳元素烧损以及涂层不稳定结构。