金属氮化物(TiAlN)涂层具有优异的抗冲刷和耐腐蚀的性能,在钛合金防护方面显示了很好的应用前景。添加第四组元能进一步提高TiAlN涂层的抗氧化性和高温热稳定性。前期研究结果显示,添加少量Si的TiAlSiN涂层的抗高温氧化性能明显优于TiAlN涂层。然而,相关机制尚不清楚。本论文对比研究了TiAlN涂层和TiAlSiN涂层的显微结构和几种重要的力学性能,目的在于揭示硬质涂层的抗氧化性能与涂层显微结构和力学性能的内在联系,弄清Si的加入提高TiAlN涂层高温抗氧化性能的原因。利用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上制备了四种氮化物涂层,分别为Ti0.7Al0.3N、Ti0.5Al0.5N、Ti0.5Al0.45Si0.05N和Ti0.6Al0.3Si0.1N。实验结果表明:TiAlN涂层为纳米晶结构,而TiAlSiN涂层为纳米晶/非晶复合结构,纳米晶均为面心立方的B1NaCl结构。并且,Si的加入使得涂层的柱状晶粒尺寸明显降低。两种TiAlSiN涂层的硬度高于TiAlN涂层,而弹性模量却明显低于TiAlN涂层。TiAlSiN涂层的“Hf3/Ef2”和“Hf3/Ef*2”比率明显高于TiAlN涂层,说明Si的加入使得涂层具有更好的抵抗塑性变形和断裂的能力。在750℃时,TiAlSiN涂层抑制裂纹萌生和扩展的能力要优于TiAlN涂层。向TiAlN涂层中添加Si促进了纳米晶/非晶复合结构的形成,提升了涂层抵抗断裂的能力,因此提高了涂层的高温抗氧化性能。