镍基高温合金是一种应用广泛,抗高温氧化性能稳定的材料,但是可切削加工性较差,因此选择合适的硬质涂层可以提高镍基高温合金材料的加工效率以及刀具的使用寿命。硬质涂层被广泛应用于机械加工领域,在Ti N涂层的基础上加入Al元素形成新的Ti Al N涂层,其硬度和抗高温氧化性能均好于Ti N涂层。随着加工需求的不断提高,原有的三元金属氮化物涂层的切削性能已经不能满足当前所需要的加工精度。经研究发现,在三元涂层的基础上添加第四种元素（Cr、Zr、V、Nb、Si等元素）可以获得性质更加优异的涂层。由于涂层制备方法的不同以及在制备过程中存在不可避免的误差,导致制备出的涂层是不均匀的,涂层性能存在较大的差异。因此,本文基于第一性原理探究了TiAlCrN涂层均匀状态下的力学性质,通过纳米压痕和划痕实验数据验证了理论计算的准确性;对涂层中Al/Cr元素的不同含量进行计算得到最佳的元素配比以及分析了TiAlCrN涂层与WC基体之间的结合性能。基于第一性原理采用Materials Studio软件,构建了Ti3Al N和Ti1.5Al X1.5N（X=Cr、Zr、V、Nb、Si）均匀状态下的理想模型,在保证晶胞最稳定的情况下选择合适的元素掺杂位置,通过计算结果选择合适截断能和布里渊区k点,在保证计算精度的同时节约计算时间。利用CASTEP模块计算了涂层的弹性常数,分析了硬度、刚度、塑性和泊松比等性质。同时计算了涂层的态密度,基于d带中心理论解释了掺杂元素对涂层硬度产生的影响,根据纳米压痕与划痕实验数据证明了理论计算结果的准确性。目前关于TiAlCrN涂层的研究主要集中在涂层的制备方法上,关于TiAlCrN涂层中元素的最佳元素配比研究较少。因此,为研究Al/Cr元素含量对TiAlCrN涂层性能的影响,基于第一性原理构建了Ti3Al1-xCrxN（x=0、0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875、1）涂层的理想模型。采用密度泛函理论的计算方法,分析了Ti3Al1-xCrxN（x=0、0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875、1）涂层的晶格常数随着Al/Cr元素含量的变化情况,解释了晶格畸变的原因,计算了不同Al/Cr元素含量涂层的力学性质以及德拜温度,得到了力学性能最优异的Al/Cr元素比例为Ti3Al0.125Cr0.875N涂层。为了进一步探究涂层与基体之间的结合性能,基于第一性原理构建了Ti3Al0.125Cr0.875N/WC界面结构模型,分别计算了Ti3Al0.125Cr0.875N和WC晶胞不同晶面的表面能,确定了构建界面模型的晶面,对原子层数进行了收敛性测试,选择合适的原子层数可以有效节约计算时间。由于晶面的上下表面是不相同的,因此需要分别构建界面模型,分析了界面模型的粘附功、界面能以及断裂韧性。为了更清晰的了解界面处的结合原理,在电子结构角度分析了界面处的Mulliken布居、态密度和差分电荷密度,可以得到最稳定的界面结构。本文做了关于TiAlCrN均匀涂层的力学性质、Al/Cr元素最优比例以及涂层与WC基体结合性能的一系列的详细计算,为今后涂层的研究提供了理论参考依据。