钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强、断裂韧性好等优异的特点,使得钛合金在航空航天、汽车、化工和生物等领域有着广泛的应用。然而,钛合金却是难切削材料,使得钛合金制品的加工成本较高,制约着钛合金的发展与应用。硬质合金涂层刀具是最适宜切削钛合金的一类刀具,通过在硬质合金基体上涂覆高硬度的涂层以提高刀具的综合力学性能,延长刀具的使用寿命。因此,开发适用于钛合金切削的刀具涂层至关重要。基于以上背景,本文利用磁控溅射技术制备了 Ti系和Cr系两个系列涂层,研究了Si与Ta元素含量、单层或多层生长方式和热处理对涂层表面形貌、物相、硬度、H3/E2和涂层与基体的结合力等性能的影响,得出以下结论:(1)TiAlSiN涂层的硬度随着Si含量的增加而先增加后减小,当Si含量为5.8 at.%时,硬度最大为22.5 GPa。CrAlSiN涂层的硬度随着Si含量的增加而增加,最大值为16.9 GPa。对于TiA1TaN与CrAlTaN涂层而言,硬度均随着Ta元素的增加而增加。当Ta元素为17.4at.%和12.0at.%时,两种涂层具有最大硬度值,分别为32.8GPa和33.8GPa;(2)TiAlN涂层与基体的结合力为89N,而CrAlN涂层的结合力仅为31N。随着Si元素加入的增多,TiAlSiN涂层与基体的结合力先减小后增加,而CrAlSiN涂层与基体的结合力下降。TiAlTaN的结合力也随着Ta元素的增多而下降,但Ta含量对CrAlTaN涂层结合力影响不大;(3)向TiAlN和CrAlN涂层中加入Si和Ta元素有助于提高涂层的高温抗氧化能力;(4)随着热处理温度的升高,多层TiAlN/Si涂层的硬度先增加后减小,700 ℃下热处理后的涂层具有最高硬度,比热处理前沉积态涂层的硬度提高了 23%;TiAlN/Si涂层的硬度也会随着热处理时间的延长先增加后减小,热处理时间为60 min最佳。TiAlN/Ta、CrAlN/Si、CrAlN/Ta多层涂层经过700℃热处理60min后,硬度均有提升。该热处理条件也可以改善CrAlN/Si和CrAlN/Ta多层涂层与基体的结合力。但该热处理条件不能提高单层 TiAlSiN、TiAlTaN、CrAlSiN、CrAlTaN 的力学性能。