降低机械零部件的摩擦磨损对现代工业水平进步及社会发展具有重要的现实意义。过渡金属氮化物涂层以其耐磨、耐腐蚀等优异特性被广泛应用于航空航天、机械加工、船舶运输等领域。然而随着社会的不断发展,二元过渡金属氮化物涂层因其性能单一已经不能满足日益严苛实际应用需要,并且过渡金属氮化物涂层的催化活性也逐渐被摩擦领域所重视。因此,有必要对过渡金属氮化物涂层的组分和微观结构等进行调控,以保证涂层在恶劣工程环境中发挥性能。本文研究目标是以常用的简单二元过渡金属氮化物Ti N、CrN、MoN为研究对象,通过元素掺杂或多层结构调控的方式获得强韧化过渡金属氮化物纳米复合涂层的可控制备,系统研究涂层的摩擦学性能及摩擦诱导催化效应,实现复合涂层固-液多尺度减摩抗磨效果,为机械零部件长寿命服役提供可能性:（1）采用物理气相沉积技术,通过元素掺杂或多层结构调控的方式,在不锈钢基体表面制备了几种过渡金属氮化物纳米复合涂层。通过X射线衍射仪、能谱分析仪、X射线光电子能谱、Raman光谱、扫描电镜、原子力显微镜以及透射电镜等表征手段详细分析了复合涂层的化学成分、物相结构以及微观形貌,包括掺杂元素种类/含量、多层结构、纳米晶/非晶界面结构、纳米晶/非晶分布情况、纳米晶的结晶取向以及晶粒尺寸。研究发现,多层调制周期以及元素掺杂量对过渡金属氮化物纳米复合涂层的微观结构均有显著影响。TiAlN/W2N纳米多层涂层的表面粗糙度随调制周期的减小而逐渐减小,而涂层的晶粒尺寸则随调制周期的减小呈现先减小后增大的趋势,并且调制周期为373 nm的TiAlN/W2N多层涂层达到最小的晶粒尺寸为9.0 nm。而CrN涂层呈现明显疏松的柱状生长方式,伴有许多微孔缺陷,随着碳元素掺杂后,涂层的柱状生长方式被逐渐打断,形成由CrN相、Cr7C3相和非晶碳组成的多相复合结构,微观结构也更加致密。（2）进一步,通过对复合涂层的硬度、弹性模量、结合强度以及常规条件下的摩擦学性能（常温、高温）以及摩擦腐蚀性能进行测试,发现调制周期及元素掺杂量对复合涂层的力学性能及摩擦学性能影响显著。CrCN纳米复合涂层的硬度、弹性模量、摩擦腐蚀性能均随涂层含碳量的增加呈先提高后下降的趋势,当碳含量为20.3 at.%的复合涂层的硬度及弹性模量达到最大,分别为14.7 GPa和197.7 GPa,碳含量进一步增加会增加复合涂层的残余内应力,导致复合涂层结合强度下降。对于MoN-Ag纳米复合涂层也存在类似的增强机理,它的硬度、弹性模量以及常温的摩擦学性能随Ag含量的增加均呈现出先提高后下降的趋势,当Ag含量为2.2 at.%的MoN-Ag涂层呈现最高的硬度（14.4 GPa）、弹性模量（232.7 GPa）以及常温下最佳的摩擦学性能,最低磨损率为1.27×10-6 mm~3（Nm）-1。此外,MoN-Ag涂层在高温下,摩擦表面还会形成大量具有润滑作用的氧化物(Mo O3、Ag2Mo O4、Ag2Mo4O13),即使在700℃下仍然可以保持良好的防护效果。（3）最后,通过对过渡金属氮化物纳米复合涂层在不同润滑介质及不同摩擦条件下的摩擦诱导催化效应进行系统研究,发现了几种复合涂层具有摩擦诱导催化效应,然而不同种类复合涂层的摩擦诱导催化效应存在差异。MoN-Cu涂层在油量较多的PAO10润滑油中未发现摩擦诱导催化现象,而MoN/Pt涂层在油量较多、高载的条件下能够摩擦诱导润滑油催化降解并原位形成具有良好固体润滑作用的非晶碳膜,极大降低了涂层的摩擦磨损。通过分子动力学模拟发现,油分子在活性金属的催化作用下,容易发生脱氢,进一步在摩擦剪切力的作用下断裂成更短的碳链。还发现润滑介质及摩擦条件对过渡金属氮化物纳米复合涂层的摩擦诱导催化效应有显著影响。例如,MoN-Ag涂层在只含单键的正十八烷中呈现出较好的摩擦诱导催化效果,而在含C=C双键的1-十八烯中表现出较差的摩擦诱导催化效果,并且增大载荷对过渡金属氮化物复合涂层的摩擦诱导催化效应有促进作用。