氮化钛（TiN）具有面心立方结构,耐磨性好、热稳定性好、抗腐蚀性和抗氧化性较强,因此常在物理气相沉积（Physical Vapor Deposition,PVD）中作为镀膜材料沉积于模具钢表面,从而有效提高模具钢表面硬度、耐磨性和使用寿命。在薄膜生产过程中,沉积粒子在基底上的扩散结合程度将直接影响到薄膜的力学性能,因而在原子尺度上研究沉积粒子与基底的相互作用,揭示薄膜生长初期的微观过程与沉积规律,对预测薄膜沉积行为,改善薄膜力学性能,降低薄膜残余应力,调整薄膜生产工艺,提高薄膜生产质量有重要意义。受当前实验仪器制约,对TiN薄膜的微观生长与沉积机理研究较少。而随着计算机理论与技术的不断发展,分子动力学方法被越来越多地用来模拟研究各种体系中原子与分子之间相互作用,并且可以从模拟结果中提取现有实验条件下难以获得的粒子动能、势能和相互作用等微观信息。因此将分子动力学应用于薄膜沉积过程模拟中,能够从原子尺度更好地描述薄膜生长的微观过程与结构演化,反哺实验研究与理论探索,形成相辅相成的良性循环。为了揭示TiN薄膜在PVD过程中粒子沉积行为与微观生长过程,本文基于分子动力学模拟方法,建立了 TiN沉积模型,开展了 TiN薄膜沉积过程的数值模拟。首先,进行了单原子在TiN（001）基底的沉积模拟,分析了入射粒子与基底的相互作用,研究了基底温度与入射能量对入射粒子吸附、反射和溅射行为的影响,揭示了单原子沉积机制。其次,模拟了 Ti、N多原子在TiN（001）上大规模沉积过程,研究了 TiN薄膜的生长模式,探究了不同沉积参数对薄膜层覆盖率、表面质量、致密度和薄膜应力的影响。最后,开展了 TiN在H13钢上的沉积过程模拟,分析了模具钢表面薄膜沉积过程中的生长模式、表面粗糙度和残余应力。利用PVD实验结果对数值模拟结果进行了验证。主要研究结果如下:（1）在单原子沉积过程的模拟中,规定基底四种不同碰撞位,分别为顶位、桥位、谷位和一般位。入射N原子的吸附行为主要发生在顶位与桥位。当入射能量为1～4 eV范围内,随入射能量增大,入射N原子的吸附能力逐渐减弱。当入射能量增大到4 eV后,沉积N原子吸附能力趋于稳定,初始吸附系数约为0.4。在模拟的入射能量范围内和基底的四种不同碰撞位中,入射Ti原子以吸附作用为主,几乎无反射和溅射行为。这是因为入射原子初始动能与势能之和小于基底表层原子的渗透势垒,入射过程中动能被基底原子耗散,最终被吸附。（2）在模拟TiN/TiN（001）薄膜沉积过程中,首先研究了入射能量、入射角度和沉积速率等不同沉积参数对TiN薄膜生长方式的影响,发现TiN薄膜的生长方式很大程度上由入射能量决定,基本不受沉积速率和入射角度影响。当入射能量较低时,沉积原子在与基底发生动量传递之后移动性偏弱,无法填充TiN薄膜的空位,TiN薄膜最终呈岛状生长。当入射能量提高后,加剧了沉积表面原子振动并使得部分薄膜表层原子发生跳跃,形成非热扩散,减少了 TiN薄膜的缺陷,使得薄膜连续完整,最终呈层状生长。然后研究了不同沉积参数对TiN薄膜表面粗糙度和薄膜致密度的影响,随着入射能量和沉积速率的提高,TiN薄膜表面粗糙度不断降低,当入射能量为10 eV沉积速率为4 atom/ps时,薄膜表面粗糙度为5.97 ?,最大降幅为67.33%。薄膜致密度也随入射能量增大而提高,当入射能量为10 eV时,最大增幅为9.47%。（3）为了在H13模具钢表面沉积表面质量较高的TiN薄膜,保证TiN薄膜层状生长,选择了较高的入射能量,进行了 TiN在H13钢上的沉积过程模拟。TiN薄膜沉积后,在表面部位形成残余压应力。随入射能量增加,TiN薄膜残余应力先减小后增大。而TiN薄膜表面粗糙度随入射能量增加而不断减小,当原子入射能量为10 eV时,TiN薄膜表面粗糙度为9.01 ?,最大降幅为5.77%。最后论文开展了 TiN在H13钢上的磁控溅射实验,对比了实验与模拟,验证了上述分子动力学模型的准确性。