TiN作为一类新型表面薄膜具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数小、抗氧化等一系列优点,镀制到刀具和模具表面可使其使用寿命提高2～10倍,已获得广泛应用。然而,随着制造技术的不断提高,对工模具表面膜的硬度、耐磨性、抗氧化性及其与基体结合强度等综合机械性能提出了更高的要求,TiN等单一的二元膜已难以满足实际使用的要求。以TiN为基多元纳米复合膜可形成纳米晶,具有比单层膜更高的硬度、更好的耐磨性,对硬质膜性能的改善相当明显,因此,多元纳米复合膜的制备已成为人们关注的焦点。前期的研究表明,采用工业生产中广泛应用的多弧离子镀技术,制备TiN多元复合膜具有速度快、可控性好的优点,有广泛的应用前景。　　 但是,早期生产的工业用多弧离子镀膜机(如PH-700A型)弧靶的开启与控制为手动方式,镀膜工艺过程繁琐,膜层不均匀,质量不易控制。为了将弧靶的开启与控制实现自动化,本文采用AT89C52单片机、LED显示器、键盘、晶振、模块开关电源、继电器等组成80C51单片机系统,对PH-700A型多弧离子镀膜机起弧单元进行改进,实现了弧靶起弧的自动控制,精确控制了不锈钢靶的起弧间隔和燃弧时间。然后采用改进后的多弧离子镀机,以工业纯Ti和工业不锈钢为靶材,通过自动控制装置来调整和精确控制不锈钢靶间歇开启的间隔时间和不锈钢靶燃弧时间,制备了TiN多元纳米复合多层膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDS)、显微硬度仪等方法对复合膜的断口形貌、相组成、成分、择优取向和显微硬度等方面进行了深入的研究。　　 研究结果表明,采用改进后的多弧离子镀机制备出的TiN/(Fe、Cr、Ni)多元纳米复合多层膜硬度高达30GPa,纳米复合多层膜呈均匀的层状分布,单层膜的组织结构为非常细小的柱状晶,层与层之间有明显的界限,且单层膜的厚度随镀膜工艺参数的不同而得到精确控制。　　 保持其它工艺条件不变,影响复合多层膜硬度的主要因素是不锈钢靶开启的间隔时间及其燃弧时间。随着不锈钢靶开启的间隔时间、燃弧时间的增大,复合多层膜硬度均呈现先增大后减小的基本趋势。当不锈钢靶燃弧时间为16s～21s,开启的间隔时间为4～6min时,复合多层膜易获得较高的硬度;当间隔时间为6min,开启不锈钢靶时间为21s时,复合多层膜的硬度达到30GPa。　　 不锈钢的掺入影响了纯TiN的柱状生长,使其不再以单一的(111)面优先生长,而是转向无明显择优取向、(200)晶面优先生长、或以(111)、(200)两个晶面择优生长的趋势。当复合多层膜无明显择优取向时,硬度值不高,一般为20GPa左右;当膜层主要以(111)或(200)单一晶面择优取向时,硬度值较高,达到了30GPa以上。