在当今日新月异的机械加工技术领域,随着各种新式切削技术的不断涌现,越来越多难以加工的材料被不断投入使用,大大促进了对切削刀具性能需求的日益增长。硬质薄膜涂层技术是当今改善刀具性能的最有效途径,自第一代二元过渡金属氮化物薄膜（TMN）诞生以来,经过半个世纪的发展,多元金属氮化物薄膜、纳米多层薄膜、纳米复合薄膜等体系相继问世,这促进了工业领域更高效的生产,也为科研领域带来了丰富且具有研究价值的诸多课题。本文使用增强磁过滤脉冲偏压电弧离子镀设备,首先对最典型的三元过渡金属氮化物薄膜——CrAlN薄膜进行成分、结构与性能的内在联系的深入研究,优化出在本实验条件下的最佳工艺,以对接下来的复合薄膜开发提供技术支持:通过分离靶弧流调控技术设计并制备了4组不同Al含量的CrAlN薄膜,进而对各组薄膜进行形貌、成分、相结构、元素化学状态以及力学、摩擦性能的表征与分析,以探索Al元素的含量对薄膜结构与性能的影响,进而优化出本制备工艺下的最佳成分点;结果表明,当Al的原子含量达到其在CrN晶格中的极限固溶值时,薄膜的硬度、弹性模量及韧性达到最佳,但其摩擦性能却表现出很差的水平,这将严重限制其在工业生产中的进一步应用。针对这一问题,本文接下来为了在保持其他性能的基础上从根本上改善CrAlN薄膜的摩擦性能,将C元素引进到CrAlN薄膜中进行类金刚石薄膜与氮化物陶瓷薄膜的复合化处理:继续用分离靶弧流调控技术设计并制备了6组不同成分的CrAlN-DLC复合薄膜,深入研究了C元素的含量对薄膜的结构与性能,尤其是摩擦性能的影响;结果表明,随着C含量的增加,复合薄膜的弹硬性能得以基本保持,但其摩擦性能较CrAlN薄膜得到了极大的改善,这将有利于其在工业生产中的推广应用。所得具体研究结果如下:（1）使用纯Cr靶和纯Al靶制备出的4组CrAlN薄膜表面致密,结合良好,膜厚随着Al靶弧流的升高而增大,从1.21μm增加到1.79μm,Al原子浓度n分别为0.41、0.53、0.64、0.71;当n＜0.53时,薄膜由单一的c-（Cr,Al）N相构成,而当n≥0.53时薄膜中出现了hcp-AlN相,且该相随着Al含量的增多而增加,说明本实验条件下Al原子在CrN晶格中的极限固溶值约为0.53;Al元素的加入可以起到细化晶粒的作用,当n=0.64时晶粒尺寸达到最小值9.1 nm,此时硬度与弹性模量也分别达到了最高值35.3GPa和452.4GPa,但在这之后Al含量的增加打破了这种细晶作用,晶粒尺寸开始增大,硬度也开始下降;薄膜的弹韧性以及耐磨性也受到Al原子固溶程度的影响,n=0.53时薄膜的弹性恢复系数达到了最大值57.4%,摩擦系数取得最低值0.641,磨损率达到10-6mm~3/Nm数量级,此时薄膜硬度也达到34.7 GPa,故综合而言,此成分点具有最佳的综合性能。（2）CrAlN-DLC复合薄膜使用CrAl合金靶与石墨靶制备,6组薄膜表面均平整致密,膜厚均在1.05μm左右;随着靶弧流比IC/ICrAl的升高,薄膜中碳含量由33.1 at.%升至74.6 at.%;薄膜的相结构主要由晶体相和非晶相复合组成,其晶体相主要为c-（Cr,Al）N相,且随着碳含量升高晶体相减少、晶粒尺寸减小,最小值为C at.%=74.6 at.%时的7.6nm,其非晶相主要为DLC,其中sp~2/sp~3的比值随碳含量的增多而减小;相应地,薄膜的硬度随着碳含量的升高而提高,在碳含量为74.6 at.%时达到最大值26.2 GPa,且该成分点处薄膜的弹韧性和摩擦性能也达到最佳,弹性恢复系数为53.9%,摩擦系数降至最小值0.107,磨损率仅为3.3×10-9mm~3/Nm。综合而言,CrAlN-DLC复合薄膜在非晶DLC相最多时综合性能达到最佳,较之CrAlN薄膜来说,摩擦性能得到显著提高。