硼碳氮（BCN）作为新型的三元系非金属基硬质薄膜材料具有高硬度、低摩擦系数等优良性能，在机械零件表面耐磨防护领域具有潜在应用价值，已引起人们广泛的兴趣。近年来研究者一直在探索制备兼具C和BN薄膜的结构和良好综合性能的BCN薄膜材料。基于此，本文通过电弧增强型磁控溅射技术成功制备出BCN薄膜材料，采用XRD、TEM、SEM、XPS、FTIR以及摩擦磨损试验、硬度测试和划痕试验等方法，系统研究了石墨靶材功率和氮气流量对薄膜微结构和成键特性的影响，进一步考察了薄膜中C、N元素的含量对薄膜显微结构、硬度、结合力、摩擦学性能和抗氧化性能的影响，并探讨了薄膜的磨损失效机理。取得的主要进展如下：

1、本文采用X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶转变红外光谱（FTIR）对薄膜的成分和键结构特点进行了研究，结果表明，通过改变石墨靶材功率和工作气氛中氮气百分含量可以实现薄膜成分的连续可调。随着石墨靶材功率增加，薄膜中C含量不断增加，而B、N量元素含量则逐渐减少，薄膜的化学键也以B-N键为主逐渐转变为B-C键、C-C键、C-N键共存的形态；随着氮气流量的增加，薄膜中的N原子百分含量逐渐增加到稳定值，薄膜中的sp2杂化的B-N键不断增多，并出现C-N键。采用XRD和高分辨透射电镜对薄膜的结构进行了研究，结果表明BCN薄膜为非晶结构，工艺参数对薄膜的非晶结构没有影响。

2、本文测试了不同工艺参数下制备的BCN薄膜的硬度、界面结合力，并对薄膜的摩擦磨损性能进行了系统研究。结果发现，薄膜的硬度和结合力随着靶材功率的增加而升高；当氮气流量变化时，薄膜硬度和界面结合力表现出不断降低的趋势。薄膜的摩擦磨损性能随着硬度的提高而增加，摩擦系数达到0.2左右；不同C含量的薄膜表现出不同的磨损机理，随着石墨靶材功率的升高，磨损机理由磨粒磨损为主逐渐变为表面疲劳磨损为主的磨损形式；薄膜的磨损过程经历三个阶段：（a）薄膜发生弹性变形，表面疲劳磨损为主；（b）弹性变形情况下出现少量塑性变形，表现为表面疲劳磨损和磨粒磨损双重形式的磨损；（c）对磨球材料脱落以及薄膜出现局部剥落，产生的大量磨屑，此阶段的主要磨损形式为磨粒磨损。

3、本文对BCN薄膜进行了空气环境下的退火处理，并对退火后薄膜的结构和性能进行了系统研究。结果表明，BCN薄膜在500℃下的大气中具有较好的抗氧化性能，随着退火温度的升高，薄膜逐渐出现氧化分解；退火温度对薄膜的晶体结构没有影响，仍为无序的非晶结构；退火后薄膜的硬度和界面结合力都有所降低，当薄膜出现氧化分解后，硬度和结合力急剧降低。