碳氮（CN）基硬质薄膜材料因其良好的耐磨和减摩性能，在切削刀具及成型模具表面改性领域有着巨大的应用价值。但目前采用传统磁控溅射技术制备的二元CNx薄膜多以非晶结构存在，很难获得超硬薄膜。另外，薄膜结合力差，综合力学性能及抗氧化性能和热稳定性能不足等也制约了此类薄膜的进一步推广应用。为此，本文结合课题组多年来在硬质薄膜领域的研究积累和创新思路，提出在二元CNx薄膜中添加金属Ti和非金属B，并采用新型电弧增强磁控溅射（AEMS）镀膜技术，探索制备了二元CNx、三元BCN和四元Ti-B-C-N等三种碳氮基硬质薄膜材料。在此基础上，重点通过成分优化调控，深入系统的研究了碳氮基薄膜组成及成分含量变化对其微观结构演变，力学性能、抗氧化性能和高温热稳定性能的影响规律，以期为进一步提高碳氮基硬质薄膜的综合性能与应用开发提供实验和理论指导。主要工作分为以下几个方面：（1）针对传统磁控溅射技术制备的CNx薄膜的膜基结合力较差，薄膜容易剥落的缺点，本文采用新型AEMS复合镀膜技术，先用电弧沉积方法制备TiN过渡层，再用磁控溅射方法制备CNx薄膜，以提高薄膜的结合力，实验表明具有TiN过渡层的CNx薄膜的结合力比单层CNx薄膜明显提高。分析认为，这主要是由于TiN过渡层与基体的良好结构匹配及残余应力缓释引起的。（2）系统研究了AEMS技术制备的CNx薄膜的成分含量、微观结构、力学性能，抗氧化性能和高温稳定性的变化及其影响。结果表明，本文工艺条件下制备的CNx薄膜为非晶结构，CNx薄膜中N含量升高导致sp2C-N和sp3C-N键的含量增加，薄膜的硬度升高，磨损率降低。分析认为，薄膜硬度的升高和耐磨性能的改善主要是由sp3C-N键组成的超硬相的含量增加引起的。高温氧化实验表明，CNx薄膜400℃以下具有较好的抗氧化性能，当温度高于400℃时薄膜被氧化，氮含量的增加有利于提高薄膜的抗氧化性能。分析认为，N含量增加使CNx薄膜的抗氧化性能提高是由薄膜中的C-N键含量增加引起的。CNx薄膜随着真空退火温度的升高，微观结构的有序化程度增加，但薄膜中并没有晶体相析出，力学性能也没有明显的下降，显示CNx薄膜在800℃以下具有较好的热稳定性。（3）采用AEMS技术成功制备出三元BCN薄膜，研究了薄膜成分含量、微观结构及其与力学性能的关系。结果表明，本文条件下制备的BCN薄膜为非晶结构，薄膜中的C含量升高导致sp2C-C键、sp2C-N键和sp3C-N键的含量增加，薄膜的硬度增加，而摩擦系数和磨损率降低，薄膜的摩擦学性能得到改善。这主要是因为薄膜中sp2C-C键、sp2C-N键和sp3C-N键组成的自润滑相的含量增加引起的。（4）对比研究了C含量变化对三元BCN薄膜抗氧化性能和高温热稳定性的影响及机制。结果表明，BCN薄膜在500℃以下抗氧化性能良好，但600℃退火后薄膜发生氧化或分解，且随着薄膜中C含量的增加，BCN薄膜的氧化程度越严重。分析认为，C含量增加使BCN薄膜的抗氧化性能降低是由薄膜中的C-C键含量增加引起的。热稳定性研究表明，BCN薄膜随着真空退火温度的升高原子排列的有序程度增加，但力学性能并没有明显下降，低C含量的BCN薄膜在1000℃以下具有较好的热稳定性。实验结果证实，BCN薄膜的热稳定性主要受控于薄膜中的sp2C-C键及其含量，当sp2C-C键含量增加时，热稳定性下降。（5）采用AEMS技术成功制备出四元Ti-B-C-N薄膜，重点研究了薄膜成分含量、微观结构特征及其与力学性能和摩擦学性能的关系。结果表明，本文工艺条件下制备的Ti-B-C-N薄膜为纳米晶nc-Ti(C,　N)和非晶a-C/a-CN/a-BN/a-BC组成的纳米复合结构，薄膜中的C含量升高导致sp2C-C键、sp2C-N键和sp3C-N键的含量增加，薄膜中纳米晶的晶粒尺寸减小，薄膜的硬度和结合力升高。薄膜力学性能的改善主要得益于薄膜中纳米晶粒的细化。Ti-B-C-N薄膜中C含量增加导致薄膜的摩擦系数和磨损率均降低，薄膜的摩擦学性能得到改善。实验结果和理论分析表明，薄膜摩擦学性能的改善主要是由于薄膜微观结构优化所导致的薄膜力学性能改善和薄膜自润滑相含量增加引起的。（6）对比研究了C含量变化对四元Ti-B-C-N纳米复合薄膜的抗氧化性能和高温热稳定性的影响及其机制。结果表明，28.9at.%　C含量的Ti-B-C-N薄膜在700℃以下具有较好的抗氧化性能，随着氧化温度的升高，薄膜的氧化过程可以分为低速氧化（低于700℃）和高速氧化（高于700℃）两个阶段，薄膜中加入过多的C会使Ti-B-C-N薄膜的抗氧化性能降低，其氧化机制为高温下薄膜中微观缺陷增加使氧在薄膜中扩散速率升高所导致的扩散氧化。Ti-B-C-N纳米复合薄膜在真空环境中的热稳定性随着薄膜中纳米晶尺寸的减小而升高，当薄膜中的纳米晶尺寸小于10nm时，薄膜在900℃仍然具有较好的热稳定性，热力学分析认为，纳米级的晶粒尺寸越小，其在高温条件下长大的速度和程度也相对较小，从而使薄膜的微结构和硬度保持相对稳定的温度升高。