硬质薄膜（如TiN、TiCN、TiAlN、DLC等）具有耐磨、减摩、耐高温、抗氧化等优异性能，已广泛应用于刀具、模具及耐磨损、耐腐蚀和抗氧化零部件的表面强化。但目前单一的硬质薄膜尚难具备优良的综合使役性能，限制了其应用范围。随着航空、航天、高速列车及高速切削和干切削制造技术的快速发展，高速、高温、重载等严酷服役条件不断出现，同时兼具高硬度、耐磨损、自润滑、韧性好、耐高温、抗氧化，以及耐疲劳等优良的综合使役性能的硬质薄膜正成为产业界的迫切需求，也是学术界研究的热点。近年来受到广泛关注的纳米复合结构的多元硬质薄膜或可满足上述需求。本文采用电弧增强磁控溅射（AEMS）技术制备了Ti-Si-C-N及Ti-Al-Si-C-N纳米复合硬质薄膜，系统研究了沉积工艺、元素含量对薄膜的微观结构及力学性能的影响。重点研究了薄膜的摩擦学性能变化规律及自润滑机理，以及Ti-Al-Si-C-N硬质薄膜的高温抗氧化性能及抗氧化机制。取得的主要进展如下：（1）发现电弧技术的使用将对薄膜产生轰击效应，使薄膜变得更加致密。电弧增强磁控溅射技术能有效提高薄膜的膜基结合力、薄膜硬度等力学性能，但由于部分电弧熔滴附着于薄膜表面，将不利于薄膜摩擦磨损性能的提高。（2）电弧增强磁控溅射制备的Ti-Si-C-N四元硬质薄膜中，Si的结合状态主要为Si-N，其存在形式为非晶Si3N4，Ti主要为Ti-N及Ti-C结合态，C主要以C-Ti结合态及C-C结合态存在。薄膜微结构为非晶Si3N4及非晶C包覆纳米晶Ti（C，N）的复合结构，即nc-Ti（C，N）/a-Si3N4/a-C。（3）Ti-Si-C-N薄膜的C含量由9at.%升至35at.%时，硬度由20GPa升至35GPa，结合力由35N升至41N，摩擦系数降至0.25以下，远低于TiSiN薄膜。高C薄膜含较多非晶C相，具有很好的润滑效果，其磨痕较浅，磨痕表面光滑平整，磨痕内无明显的剥落及磨屑。（4）电弧增强磁控溅射制备的Ti-Al-Si-C-N硬质薄膜的厚度可达6µm，薄膜的主要晶相为面心立方（Ti，Al）（C，N），微观组织为非晶包覆纳米晶的复合结构nc-（Ti,Al）（C,N）/a-Si3N4/a-C，硬度超过30GPa，划擦结合力最高可达45N。（5）随薄膜C含量增加，Ti-Al-Si-C-N的摩擦系数和体磨损率降低。C含量升至32at.%时，摩擦系数降至0.25，体磨损率达到最低，为8.5×10-8mm3•N-1•m-1。薄膜的磨损机制主要为粘着磨损和犁削磨损，受C含量控制。高C薄膜在干摩擦与油润滑条件下具有基本相同的体磨损率，摩擦系数均低于0.25，磨痕形貌类似，磨痕光滑平整，无明显的磨损痕迹。这与薄膜中非晶C及其自润滑作用有关，薄膜中的非晶C不断被释放，粘附于薄膜表面，起到很好的润滑作用。（6）Ti-Al-Si-C-N薄膜的Al含量越高，抗氧化性能越好。30at.%Al含量时，表现出最好的抗氧化性能。原因在于，高温下薄膜表面生成由TiO2，α-Al2O3及SiO2组成的氧化层，可保护下层薄膜免受氧化。同时，薄膜的非晶骨架结构可阻止晶粒生长。虽然薄膜硬度随氧化温度的提高而降低，但1000℃氧化后，Al含量为30at.%的Ti-Al-Si-C-N薄膜仍保持35GPa左右的硬度值。