在高温合金等难加工材料的切削过程中,由于高温合金具有很低的热导率导致散热困难,切削温度可达1000°C以上,加工硬化严重,切削变形较大,刀具磨损严重。为了克服难加工材料加工过程中极端环境对刀具的破坏,开发高硬高韧、高温热稳定的刀具涂层对高精、高效制造具有重要意义。氮化物涂层硬度、韧性较高,中低速度切削高温合金效果较好,但高温下力学性能下降严重,抗氧化性能较差。氧化物涂层具有更好的热/化学稳定性,更适宜高速切削,但硬度上限较低,多为离子键合,韧性较差。将纳米复合结构和氧氮化物自组织纳米多层结构相结合开发的AlCrSiON涂层在力学性能、高温稳定性和高温抗氧化性表现出优秀的性能,但摩擦行为过程中容易发生开裂失效,涂层韧性有待进一步改善。本文以力学性能、高温抗氧化性良好的自组织纳米多层AlCrSiON涂层为基础,针对其韧性较差的问题,选用合金化的方法以系统性研究Nb的掺入对涂层韧性以及其他关键性能的影响。首先,在纳米复合结构涂层AlCrSiN中掺入Nb元素,系统性地研究不同Nb含量对涂层的结构和性能的影响;其次,在前人研究结论的基础上,分别制备自组织纳米多层Al Cr（Nb）Si ON的富氮单层、富氧单层和纳米多层涂层,对其进行更进一步深入研究,阐释其自组织形成机理以及增强增韧机制;最后,通过改变沉积过程N2/O2流量比,制备不同氧含量的AlCrNbSiON涂层,系统性地研究不同氧含量对涂层的成分、组织结构、力学性能、高温性能和摩擦学性能的影响。本文的主要研究结论如下:1)在AlCrSiN涂层中掺入Nb元素,所得涂层的Nb含量介于0～11.59 at.%之间。涂层的纳米硬度随着Nb含量的增加呈现先上升后降低的趋势,少量掺Nb的涂层（AlCrSiN＿Nb3）硬度最高,达到32.5±0.94 GPa;涂层的弹性模量整体呈现出随Nb含量的增加而逐渐降低的趋势,涂层的H~3/E*2值呈现提高→降低→提高的趋势,涂层的膜-基结合力与H~3/E*2值变化趋势基本保持一致。随着Nb含量的增加,涂层的韧性KIC值逐渐上升。高温真空退火实验表明AlCrSiN中掺Nb可以进一步提高涂层的高温热稳定性和高温力学性能。在AlCrSiN体系涂层中掺Nb,涂层抗氧化性能会发生下降。常温摩擦实验下,随着Nb含量的增加,涂层磨痕边缘的微裂纹逐渐减少直至消失;高温（800℃）摩擦下,所有含Nb涂层较AlCrSiN涂层耐磨性提升显著。2)制备了AlCrSiON和AlCrNbSiON的富氮单层、富氧单层和纳米多层涂层,正对电弧靶位置涂层为富氮薄膜,背对电弧靶位置涂层为富氧薄膜。AlCrSiON和AlCrNbSiON的富氮单层涂层以粗大的柱状晶生长,富氧单层整体呈现非晶生长形貌,纳米多层组合后富氧层沿富氮层共格外延生长而局部赝晶化。对于AlCrSiON和AlCrNbSiON涂层,其纳米多层综合纳米多层强化、共格强化、模量差强化等机制,使力学性能较其富氮单层和富氧单层均获得了提升。AlCrNbSiON富氮单层、富氧单层韧性均优于AlCrSiON富氮层、富氧层,AlCrNbSiON多层表现出更加优异的韧性。对于AlCrSiON涂层而言,富氮层高温稳定性差,但富氧层高温稳定,因此纳米多层高温力学性能稳定。AlCrNbSiON涂层富氮层、富氧层和纳米多层高温下均较为稳定,纳米多层的高温力学性能与富氮单层相近。3)AlCrNbSiON自组织地由富氮层、富氧层交叠生长,随着氧含量的增加,涂层多层形貌逐渐明显,多层调制周期保持恒定,为～10.7 nm,富氮层与富氧层的调制比逐渐由5.7:1减小至3:1。不同氧含量的AlCrNbSiON均表现为富氮层与富氧层共格生长,随着氧含量的增加,共格形式逐渐由整体共格向局部共格转变。少量掺氧,涂层硬度获得提升,在通入N2/O2流量比为294/6时达到最大值29.5±1.2 GPa。掺氧后的涂层韧性均优于AlCrNbSiN,其中少量掺氧（N2/O2=294/6）以及大量掺氧（N2/O2=282/18）涂层韧性提升明显。掺氧降低了涂层的氧化驱动力,随着涂层氧含量的增加,涂层抗氧化能力逐渐提升。AlCrNbSiON均表现出时效硬化现象。常温和高温（800℃）摩擦下,少量掺氧（N2/O2=294/6）以及大量掺氧（N2/O2=282/18）涂层均呈现较低的磨损率。