随着高温合金、钛合金等难加工材料在航空航天、核电、车辆等领域的广泛应用,以及现代制造业大力倡导的高速高效切削加工要求,寻求具有良好力学性能和高温热稳定性的刀具涂层材料以适应愈加严苛的切削加工条件迫在眉睫。传统氮化物涂层常温力学性能较好,但在高温下硬度明显下降、容易被氧化,而氧化物涂层虽然具有良好的热/化学稳定性,但其力学性能较差。本文从刀具涂层的成分和微观结构着手,研究提升涂层刀具力学性能以及高温热稳定性的方法。首先通过在Al Cr Si N涂层中掺杂氧元素,研究了O含量对涂层成分、微观结构和性能的影响;掺杂氧元素之后发现了随基体自转自发形成的自组织富N层/富O层交替纳米多层结构,然后结合离子源能够提高反应气体离化率的特点,采用离子源辅助沉积Al Cr Si ON涂层,对比研究了离子源对Al Cr Si ON涂层的成分、微观结构、力学性能、高温热稳定性以及摩擦磨损性能的影响;最后通过改变沉积时基体的自转速率来调节纳米多层的调制结构,研究了调制周期对富氮和富氧自组织Al Cr Si ON纳米多层涂层的成分、微观结构以及力学性能的影响。本文主要研究结论如下:1)采用电弧离子镀技术制备了不同N₂/O₂气体流量比的Al Cr Si ON涂层,研究O含量对涂层成分、微观结构、力学性能、高温热稳定性以及抗氧化性能的影响。研究结果表明,在Al Cr Si N涂层中掺杂9.77at.%的氧元素之后,发现了纳米复合结构以及由于基体自转形成的自组织富N层/富O层交替的纳米多层结构,而且多层界面局部共格外延生长;随着涂层中O含量从9.77at.%增加到40.82at.%,富O层厚度增加。涂层的纳米硬度随着O含量的增加先升高后降低,并在通入N₂/O₂流量比为291/9时取得最大值36.1±0.98GPa;涂层的弹性模量随着O含量的增加逐渐降低,掺氧涂层的H³/E*²值均大于Al Cr Si N涂层。热稳定性方面,掺氧之后w-Al N相生成和Cr-N键分解的趋势明显降低,O含量大于40at.%的涂层在1000℃退火后物相结构和硬度仍未发生明显变化,这表明氧元素的掺杂和自组织纳米多层结构的形成提高了涂层的高温热稳定性和高温力学性能。在1000°C恒温氧化5小时后,Al Cr Si ON涂层（O含量～40at.%）表面仅有薄且致密的氧化层生成,远小于Al Cr Si N涂层的氧化层厚度。2)为了探究了离子源对Al Cr Si ON涂层的成分和性能的作用机理,采用离子源辅助沉积制备了不同N₂/O₂流量比的Al Cr Si ON涂层。研究结果表明,开离子源辅助沉积之后涂层随着通入O₂流量的增加,沉积速率显著增加;离子源辅助沉积对涂层的表面形貌和物相结构无显著影响,但是对比未开离子源时,自组织纳米多层的调制周期和富O层厚度明显增厚。涂层的纳米硬度随着O含量的增加先升高后降低,并在通入N₂/O₂流量比为291/9时取得了最大值35.0±0.98GPa;涂层的弹性模量随着O含量的增加逐渐降低。对比未开离子源时,N₂/O₂流量比为291/9的涂层在1100℃退火后才出现明显的w-Al N的衍射峰;1000℃退火后,富氧涂层（O含量大于40at.%）的物相结构和纳米硬度仍未发生明显变化;这表明离子源辅助沉积和氧元素的掺杂显著提高了涂层的高温热稳定性。掺氧涂层在常温下的平均摩擦系数相比Al Cr Si N涂层降低了～0.1。3)基于Al Cr Si ON涂层的自组织结构,通过改变基体的自转速率制备了富氮和富氧的不同调制周期自组织Al Cr Si ON纳米多层涂层,研究调制周期对涂层成分和性能的影响。富氮自组织Al Cr Si ON涂层呈柱状晶形貌生长。随着基体自转速率的增大即纳米多层调制周期的减小,涂层中的O含量略微升高,N含量略微降低。涂层的纳米硬度呈现出先升高后降低的趋势,并在基体自转速率为3r/min时取得最大值35GPa,所有涂层的H³/E*²值均大于0.2GPa,表现出良好的韧性。调制周期对富氧自组织Al Cr Si ON涂层的表面质量和各元素含量影响不大,由于较高的O含量涂层以非晶玻璃态形貌生长。涂层的纳米硬度着基体自转速率的增大呈现出先略微升高后略微降低的趋势,但都维持在29～31GPa之间。涂层的膜-基结合强度良好,其结合力保持在60～70N左右。