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以CrN为代表的陶瓷硬质薄膜在刀具涂层上的成功应用有力地推动了制造业的发展。高速、干式切削等加工技术的进步对刀具涂层提出了更高的要求，CrAlS iN薄膜作为新一代刀具涂层材料而备受关注。但制备性能优异的CrAlSiN薄膜存在一定难度，成分控制对薄膜性能的影响是至关重要的。
本文首先对中频脉冲磁控溅射靶材进行了设计，然后通过正交试验和单因素试验确定最优的工艺组合，在Si片和HSS基体上制备了不同Si含量的CrAlSiN薄膜。本文重点研究了CrAlSiN薄膜中Si含量对其组织、结构及摩擦性能的影响规律。通过XRD、SEM和EDX方法对CrAlSiN薄膜进行研究，揭示不同Si含量对薄膜组织结构的影响。结果表明：随着Si含量的增加，薄膜的晶粒尺寸逐渐降低；CrAlSiN薄膜XRD谱中存在(111)、(200)、(220)和(311)峰，属于c-CrAlN的Bl-NaCl面心立方结构。随着Si含量的增加，择优生长取向从CrAlN的(111)变成CrAlSiN的(200)，Si3N4相以非晶形式存在。CrAlSiN薄膜的显微硬度研究发现：薄膜硬度并不随着Si含量的增加而单调上升，当Si含量为8.6时，薄膜硬度达到最大值Hv2343；高Si含量CrAlSiN膜硬度的下降是由于非晶Si3N4相增多的缘故。采用划痕法研究薄膜的结合强度，结果表明：Si含量对结合强度的影响规律与硬度相类似，CrAlSi8.6N薄膜与HSS基体最大划痕临界载荷为21N。CrAlSiN薄膜在真空状态下的热稳定性研究表明：真空加热时，CrAlSiN薄膜发生再结晶；Si含量≤8.6％，温度升至400℃，薄膜的晶粒尺寸降低，温度升至800℃时，晶粒尺寸反而升高；而Si含量≥10.7%的CrAlSiN薄膜中，随着温度的升高，薄膜的晶粒尺寸单调降低，薄膜的硬度变化与晶粒尺寸相对应。真空加热导致低Si含量CrAlSiN薄膜的择优生长取向发生变化，而高Si含量CrAlSiN薄膜的择优取向没有变化。高温退火没有使非晶Si3N4向晶体Si3N4转变。采用球盘式摩擦磨损试验机，研究了Si含量对CrAlSiN薄膜摩擦特性的影响。结果显示：与CrAlN膜相比，Si的加入使CrAlSiN薄膜摩擦系数和磨损量降低；当Si含量为3.7%时，CrAlSiN薄膜的摩擦系数和磨损率最小，分别为0.56和1.1×10-14M3N1m-1。而硬度最高的CrAlSi8.6N薄膜，摩擦系数较高仅低于CrAlN。研究发现：摩擦产物从CrAlN和CrAlSiN薄膜向对磨球2rO2转移，而CrAlSiN薄膜的摩擦系数受ZrO2磨屑中Al元素含量的影响，Al元素含量越高，摩擦系数越低。CrAlSi3．N和CrAlSi6.3N薄膜的摩擦过程属于磨粒磨损范畴，而CrAlN和高Si(≥8.6%)的CrAlSiN薄膜属于疲劳磨损范畴。