TiAlN因具有良好的红硬性、抗氧化性和抗磨损性能,被广泛用作刀具防护涂层。先进切削技术的快速发展对涂层刀具的综合性能提出了更高的要求,针对刀具涂层的高温热稳定性和抗氧化性的优化改进就显得尤为重要。采用合金化方法来提升TiAlN涂层的力学和高温性能一直备受关注,然而目前的研究多集中在单元素的合金化改性,其在涂层综合性能提升方面有一定局限性。因此,本论文提出了利用Cr、Ta和W多元合金化方法来优化TiAlN涂层的高温综合性能。首先,针对涂层沉积过程中的预处理工艺进行了优化,提高了膜基结合力;然后,对比研究Cr、Ta、W单一合金化对TiAlN涂层结构和性能的影响;最后,通过Cr、Ta和Cr、W共掺杂来实现TiAlN涂层热稳定性和抗氧化性的协同提升。本工作取得的主要研究成果如下:1)阴极电弧产生的Ti、Cr或Zr离子对硬质合金基体的刻蚀预处理会显著提高其表面粗糙度,且与刻蚀时间和基体偏压呈正相关,其中Ti离子刻蚀会在基体表面引入更多的“液滴”缺陷。不同种类金属离子的刻蚀对后续生长涂层的结构和硬度无明显影响,但膜基结合力明显改善,其中Ti离子刻蚀由于在基体表面引入了大量的宏观缺陷,对结合力的提升较小。2)TiAlXN（X=Cr,Ta,W）涂层主要为面心立方结构,硬度均高于33.0 GPa。在热稳定性改善方面,Ta或W合金化具有比Cr更优异的表现,可将退火过程中六方Al N的生成温度推迟～100°C。在抗氧化性方面,Ti_0.43Al_0.46Cr_0.11N涂层在850°C下的抗氧化性优于Ti_0.55Al_0.45N;而Ti_0.44Al_0.48Ta_0.08N和Ti_0.44Al_0.49W_0.07N涂层在950°C下表现出比Ti_0.43Al_0.46Cr_0.11N更为优异的抗氧化性。3)Cr、Ta共掺杂能进一步提高TiAlN涂层的热稳定性,其中Ti_0.34Al_0.48Cr_0.11Ta_0.07N涂层退火过程中六方Al N的形成温度比Ti_0.44Al_0.48Ta_0.08N涂层高约100°C,且硬度在900°C退后仍然能够保持在35.0 GPa。此外,TiAlCrTaN涂层还有具有优异的抗氧化性,氧化过程会形成上层富Al、下层富Ti的双层氧化物结构。Cr在氧化初始促进致密氧化层的形成,而Ta以固溶的形式存在于下层的Ti O₂中延缓氧的向内扩散。4)TiAlCrWN涂层在退火过程中也表现出典型的时效硬化效果,涂层的整体硬度高于Ti Al WN涂层,其中Ti_0.34Al_0.47Cr_0.11W_0.08N最大硬度可达到37.0 GPa。相对于Cr单元素添加,适量的Cr和W共同添加能推迟涂层热分解过程中的六方Al N产生温度约100°C,涂层在900°C退火后仍能维持34.0 GPa的硬度值。同时,TiAlCrWN涂层表现出比TiAlCrTaN涂层更好的抗氧化性。