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本文利用多弧离子镀技术,采用(Ti-19Al-17Zr)、(Ti-32Al-5Zr)、(Cr、Ti-32A1-5Zr)合金靶和单质靶在高速钢基体上通过控制Ar和N2两种气体制备了(Ti,Al,Zr)N和(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对三种梯度膜的成分、相结构、形貌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三种梯度膜的硬度和膜/基附着力；对三种梯度膜进行了热震试验,利用光学显微镜观察了热震后膜层失效特征；同时利用摩擦磨损试验机研究了三种梯度膜在室温和高温(500℃)条件下的摩擦磨损特性,并采用光学显微镜观察了膜层磨损形貌。研究工作表明,采用多弧离子镀技术并通过控制Ar和N2流量,来控制膜层成分的沉积工艺,可以制备(Ti,Al,Zr)N和(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬反应梯度膜,三种膜层中N元素含量在膜层生长方向均表现为逐渐增多的趋势。通过优化沉积工艺及膜层成分,实现了多元梯度氮化物反应膜从硬质膜到超硬膜的转变,膜层硬度最高可达4400HV；并获得了良好的膜/基附着力(>200N)。在所选择的偏压条件下三种梯度膜均具有B1-NaCl型的TiN面心立方结构。梯度膜的表面都比较平整、致密,但存在较多的大颗粒(微液滴)；增大偏压可以减少其表面的液滴污染现象,使表面形貌得到改善；膜层与基体之间无明显的缺陷,膜层具有从基体到表面垂直生长的柱状晶组织；三种梯度膜的厚度约为1.7～2.1μm,而且随着偏压的增大,其厚度有所减小。三种梯度膜的抗热震性均高于(Ti,Al)N单层和梯度膜。膜层在高温下优先形成的结构致密、化学稳定性高的Al2O3和Cr2O3保护性氧化膜减缓了O向膜层内部扩散。此外,膜层中N元素的梯度分布可以有效地减少应力集中,从而提高了膜层抗热震性能。三种梯度膜高温(500℃)下的磨损均比室温磨损严重,但摩擦系数(0.3～0.5)小于室温摩擦系数(0.4～0.6)。