氮化铬薄膜具有摩擦系数低，热稳定性高，耐腐蚀性能佳等优点，是颇具潜力的表面保护涂层材料。然而，CrN薄膜硬度较低，是限制其大规模工业化应用的首要因素。为进一步提高CrN薄膜的性能，本文采用闭合场非平衡磁控溅射方法，分别添加合金元素Si和Al形成CrSiN和CrAlN薄膜，采用X光电子能谱(XPS)研究了薄膜表面成分与化学键状态，通过X射线衍射(XRD)、聚焦离子束(FIB)和透射电镜(TEM)研究了薄膜的微观组织结构，使用纳米压痕仪测量了薄膜的残余应力和力学性能，并结合聚焦离子束和纳米压痕仪探索了两种薄膜的变形机制，系统的研究了薄膜的成分与微观组织结构、变形机制、力学性能等因素之间的联系，并进一步探索了超硬CrAlN薄膜的硬化机理。　　 硅合金化对CrSiN薄膜组织与性能的影响研究表明，随着硅含量增加，薄膜组织结构趋于致密。当硅含量较小的情况下，薄膜保持柱状结构，晶界处出现Si3N4非晶。硅含量进一步增加时，形成纳米CrN晶分布于非晶Si3N4基体上。随着硅含量增加，薄膜内部残余应力先增大后降低，薄膜硬度也先增大后降低。当硅含量较小时，薄膜通过晶粒间的剪切滑动发生变形，在这种变形机理控制下，薄膜的硬度增加到35.8 GPa。当硅含量进一步增加，大量非晶Si3N4出现引起薄膜脆化，使得硬度下降。　　 铝合金化对CrAlN薄膜组织与性能的影响研究发现，CrAlN薄膜随着铝含量的增加，薄膜一直呈现CrN单相，薄膜择优取向由(200)逐渐转向(111)和(220)。CrN的晶粒尺寸达到纳米级，但宏观上保持着柱状晶，当铝含量增加到一定量时，会形成非晶AlN包裹CrN晶的纳米复合结构。随着铝含量增加，CrAlN薄膜内部的残余应力从2.5 GPa上升到3.8 GPa，同时薄膜的硬度明显上升，达到42.5 GPa，实现超硬度，同时保持着良好的韧性。CrAlN薄膜变形以柱间剪切滑动为主。随着Al含量增高，薄膜变形过程中易在薄膜与基体的界面形成径向裂纹。　　 结合CrAlN的柱间剪切滑动的变形机制，进一步讨论了CrAlN薄膜的超硬化和自韧化现象，计算出CrAlN的晶粒间临界剪切应力，并采用FEA模拟分析了有无柱间剪切滑动作用时，薄膜内部的应力分布。结果表明，随着铝含量增加，CrAlN薄膜内部临界剪切应力从6.3 GPa上升到11.1 GPa。在有剪切滑动作用下的变形过程中，薄膜内部受到的最大径向应力有所降低，薄膜内部的最大应力也相应随之下降。