表面涂层具有良好的硬度和耐磨性,涂覆在刀具表面可显著提升刀具的使用寿命和加工效率。TiAlN涂层在高温下会发生调幅分解使得硬度进一步提升,目前已在工业中得到广泛应用。然而,先进切削技术的发展与难加工材料的应用对涂层刀具的热稳定性和抗氧化性提出了更高的要求,而TiAlN涂层在900°C下会完全氧化,此外调幅分解后六方Al N稳定相的进一步生成会导致力学性能急剧下降。另一方面,涂层刀具使用过程还会受到一定的冲击作用,表面涂层因此发生破裂和剥落等现象,在高温高应力的共同作用下,涂层还会发生蠕变造成蠕变断裂,使涂层刀具的切削性能过早的下降甚至失效。本文采用合金化方法,设计和制备两种成分的多组元TiAlCrTaWN涂层,并与TiAlN、TiAlCrN、TiAlTaN和TiAlWN涂层进行了对比研究。首先研究TiAlCrTaWN涂层沉积态的结构以及力学性能,然后研究TiAlCrTaWN涂层的高温性能,包括热稳定性、抗氧化性以及摩擦学性能,主要研究结果如下:1)TiAlN、TiAlCrN、TiAlTaN、TiAlWN以及多组元TiAlCrTaWN涂层具有面心立方结构,Cr、Ta、W可同时固溶于TiAlN形成（Ti,Al,Cr,Ta,W）N多组元固溶体氮化物。各涂层的沉积态硬度相差不大,均超过32 GPa,且TiAlCrTaWN多组元涂层表现出更加优异的划痕和压痕韧性。另外,TiAlTaN和TiAlCrTaWN涂层具有更好的室温抗蠕变性能,其中TiAlN以及TiAlWN涂层的蠕变机制为晶界滑动机制,TiAlCrN涂层的蠕变机制为扩散蠕变机制,而TiAlTaN以及多组元TiAlCrTaWN涂层的蠕变机制与位错运动有关。2)多组元TiAlCrTaWN涂层表现出比TiAlN更为优异的热稳定性,Cr、Ta和W的共合金化显著拓宽了TiAlN基涂层调幅分解的温度区间,且有效抑制了后续六方Al N的生成,混合熵更高的Ti0.21Al0.28Cr0.20Ta0.16W0.15N涂层在1100°C退火后才观察六方Al N相生成,其硬度也保持在33.5±0.7 GPa,远高于TiAlN涂层的26.8±0.7 GPa。3)TiAlCrTaWN多元涂层的抗氧化性显著优于TiAlN和单元合金化的TiAlCrN、TiAlTaN、TiAlWN。氧化过程中TiAlCrTaWN涂层也形成类似TiAlN的双层氧化层结构,即外层富Al而内层富Ti。Cr在氧化初期的快速扩散形成Cr2O3有利于后续Al2O3的生长;而扩散速率慢的Ta和W元素倾向固溶于内层的Ti O2中,这一方面促进了金红石型Ti O2的直接生成,另一方面也有效地降低了内层的氧空位浓度,抑制氧的向内扩散。4)多组元TiAlCrTaWN涂层在高温下展现出了较为优异的耐磨性能。常温下,TiAlN以及多组元TiAlCrTaWN涂层主要以磨粒磨损机制为主,高温下涂层的磨损机制则变为以粘着和氧化磨损为主。高温下TiAlCrTaWN涂层具有更为优异的耐磨性能的原因主要是其具备更为优异的抗氧化性能。