在高速钢和硬质合金刀具表面沉积TiN等硬质膜,可提高刀具的硬度和耐磨性,从而提高刀具的切削性能和使用寿命。但随着数控加工机床的逐渐普及,高速切削已成为机械加工的主流,TiN薄膜刀具难以满足使用性能的要求。而另一方面,薄膜合金化、多层化和梯度化等复合形式可以实现提高硬质薄膜的综合性能和使用寿命。因此,本文旨在通过合金元素的添加和薄膜构成形式的变化来探索TiN基复合薄膜综合性能的改善。采用多弧离子镀技术,使用两个Ti-Al-Zr合金靶和一个纯Cr靶,在W18Cr4V高速钢和WC-8%Co硬质合金两种基体上成功地沉积了四种Ti-Al-Zr-Cr-N系复合硬质膜,即（Ti,Al,Zr,Cr）N多元膜、（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N和CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N多元双层膜以及TiAlZrCr/（Ti,Al,Zr,Cr）N多元梯度膜。利用扫描电镜（SEM）、激光扫描共聚焦光学显微镜、电子能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）对四种复合膜的成分、形貌、粗糙度和微观结构进行了测量和表征;利用显微硬度计和划痕仪测评了四种复合膜的硬度和膜/基结合力;利用摩擦磨损试验机研究了四种复合膜在常温（15℃）和高温（500℃）条件下的耐磨损特性,并采用SEM观察了磨痕的表面形貌;同时对四种复合膜进行了600℃、700℃、800℃和900℃短时（4h）高温氧化实验及700℃和800℃长时（100h）高温循环氧化实验,并利用SEM、EDS和XRD观察和分析了试样表面的氧化膜。研究结果表明,获得的四种Ti-Al-Zr-Cr-N系复合硬质膜均具有B1-NaCl型的TiN面心立方结构;四种复合膜的成分除-50V偏压外,其它偏压下的变化均不明显;复合膜的表面都比较平整、致密,但仍然存在较多的大颗粒（微液滴）和微孔缺陷,同时增大偏压可以减少其表面的液滴污染现象,表面粗糙度有所改善;复合膜与基体之间无明显的缺陷,薄膜具有从基体到表面垂直生长的柱状晶组织;在不同的偏压下,四种复合膜的厚度大约为1～1.5μm,而且随着偏压的增大,其厚度有所减小。高速钢和硬质合金基体上的（Ti,Al,Zr,Cr）N多元膜的（Al+Zr+Cr）/（Ti+Al+Zr+Cr）原子比值分别为0.44～0.52和0.41～0.43,当其分别趋于0.44和0.41时,薄膜的显微硬度分别达到最大值3300HV_0.01和3600HV_0.01,膜/基结合力也分别达到最大值190N和200N。（Ti,Al,Zr,Cr）N多元膜的摩擦磨损机理均为以塑性变形为主要特征的粘着磨损,并伴有轻微的磨粒磨损。在常温和高温条件下磨损时,平均摩擦系数在0.3～0.5之间。薄膜的摩擦系数曲线和磨损表面形貌分析表明,随着沉积偏压的增加,其耐磨性有所提高,而且硬质合金基体略优于高速钢基体上薄膜的耐磨性。另外,在短时氧化条件下,高速钢和硬质合金基体上的（Ti,Al,Zr,Cr）N膜分别在800℃和700℃时具有良好的抗高温氧化性能,在XRD谱中观察到了金红石结构的TiO₂;在长时氧化条件下,高速钢和硬质合金基体上（Ti,Al,Zr,Cr）N膜的抗高温循环氧化温度分别为700℃和600℃。（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N多元双层膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜更高的硬度和更强的膜/基结合力。当高速钢和硬质合金基体上（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N膜的（Al+Zr+Cr）/（Ti+Al+Zr+Cr）原子比值分别达到0.44和0.40时,薄膜的显微硬度分别达到最大值3450HV_0.01和4000HV_0.01,膜/基结合力也分别达到最大值190N和＞200N。同时,（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜更优的耐磨损性能,其在常温和高温下磨损时的平均摩擦系数在0.3～0.35之间。而且,氧化增重、氧化膜的表面形貌及其相结构的分析表明,（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜更为良好的抗高温氧化性能。CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N多元双层膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜更高、但略低于（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜的硬度,同时具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜和（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜都强的膜/基结合力。当高速钢和硬质合金基体上CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N膜的（Al+Zr+Cr）/（Ti+Al+Zr+Cr）原子比值分别趋于0.45和0.40时,薄膜的显微硬度分别达到最大值3400HV_0.01和3900HV_0.01,膜/基结合力也分别达到最大值190N和＞200N。同时,CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜更优、但略低于（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜的耐磨损性能,其在常温和高温下磨损时的平均摩擦系数分别在0.3～0.4和0.3～0.45之间。而且,CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜更为良好的抗高温氧化性能。在短时氧化条件下,硬质合金基体上CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N膜的抗高温氧化温度进一步提高到800℃。TiAlZrCr/（Ti,Al,Zr,Cr）N多元梯度膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜及（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N和CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜更高的硬度和更强的膜/基结合力。当高速钢和硬质合金基体上梯度膜的（Al+Zr+Cr）/（Ti+Al+Zr+Cr）原子比值分别达到0.45和0.39时,薄膜的显微硬度分别达到最大值3500HV_0.01和4000HV_0.01,膜/基结合力也分别达到最大值200N和＞200N。同时,TiAlZrCr/（Ti,Al,Zr,Cr）N梯度膜具有比（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜及（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N和CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜更优的耐磨性,其在常温和高温下磨损时的平均摩擦系数分别在0.25～0.3和0.3～0.35之间。而且,在短时氧化条件下,高速钢和硬质合金两种基体上的TiAlZrCr/（Ti,Al,Zr,Cr）N梯度膜在800℃时均具有良好的抗高温氧化性能;在长时氧化条件下,高速钢和硬质合金两种基体上TiAlZrCr/（Ti,Al,Zr,Cr）N梯度膜的抗高温循环氧化温度均为700℃,与（Ti,Al,Zr,Cr）N单层膜及（Ti,Al,Zr）N/（Ti,Al,Zr,Cr）N和CrN/（Ti,Al,Zr,Cr）N双层膜相比,其抗高温氧化性能得到了明显的改善。