在航空航天、能源和机械等工程领域中,有许多材料因固体粒子冲蚀磨损导致失效。利用表面改性技术在工程领域精密部件上制备抗冲蚀防护涂层是一种行之有效且节能的方法。物理气相沉积（PVD）技术主要用于制备薄且致密的涂层,该技术具有结合强度高、沉积温度低、涂层制备材料丰富以及镀层多层化等特点,是抗冲蚀涂层的主要制备技术之一。本文利用十六弧源真空阴极电弧离子镀膜技术在TC11钛合金表面进行涂层制备工艺研究,首先优化了单层Cr Al N涂层的工艺参数,重点研究了电磁电压参数对Cr Al N涂层和调制比(L_{Cr/Cr N}:L_{Cr/Cr Al N})对Cr-Cr N-Cr-Cr Al N多元多层涂层的组织结构、力学性能和抗冲蚀性能的影响。主要结果如下:通过电弧离子镀技术制备Cr Al N涂层,采用正交试验法优化炉压、靶电流、偏压等关键工艺参数,探究其对涂层结构、力学性能及抗冲蚀性能的影响。结果表明:偏压对Cr Al N涂层的结构及性能影响最大。涂层生长的晶格取向与偏压密切相关,且随着偏压的增加,涂层更加致密细腻,虽厚度略有下降,但涂层的硬度及抗冲蚀性能均呈上升趋势。靶电流增大,虽可提高涂层的沉积速率,但会导致涂层表面大颗粒增加,从而降低涂层的抗冲蚀性能;炉压增大,可有效地减少涂层表面颗粒的尺寸及数量,但也会一定程度降低沉积速率及硬度。本试验优化的工艺参数为:靶电流90A、偏压-100V、炉压4Pa。为了探究电磁电压对涂层的影响,在不同电磁电压下制备出Cr Al N涂层。实验结果表明:随着电磁电压从0V变化到45V,涂层沉积速率从0.81μm/h增加到1.195μm/h,涂层都沿（111）晶面优先生长。涂层上都存在大颗粒和孔洞,但是涂层上颗粒的数量先减小后增大。电磁电压为25V时涂层的表面质量最佳,涂层上大颗粒占涂层的面积比例为6.22%。随着电磁电压从0V变化到45V,摩擦系数、磨痕宽度、磨损率都呈现出先下降后增大的趋势,电磁电压为25V是最佳,故涂层的抗磨损能力与涂层的表面质量成正相关。涂层与Si₃N₄球之间的磨损机理主要为滑动磨损。Cr Al N涂层的表面质量及硬度直接影响其抗砂粒冲蚀性能,在30°和90°侵蚀角下,Cr Al N涂层样品的最大侵蚀速率仅为钛合金基体的1/8和1/4。在25V的电磁电压下沉积的Cr Al N涂层样品在30°下具有0.43μm/g的最小冲蚀速率,90°下冲蚀速率都在1μm/g上下波动。在冲蚀角为30°时,TC11基体的冲蚀机理是以犁削或切削型冲蚀为主,Cr Al N涂层的失效方式裂纹扩展所造成的涂层片状脆性剥落。最终优化出当电磁电压为25V时,涂层表明质量及其抗冲蚀性能最好。研究调制比(L_{Cr/Cr N}:L_{Cr/Cr Al N})对Cr-Cr N-Cr-Cr Al N多元多层涂层的组织结构、力学性能和抗冲蚀性能的影响。Cr-Cr N-Cr-Cr Al N多元多层涂层的表面清洁度远远比单层的Cr Al N涂层好,其抗冲蚀性能也随之提高。随着L_{Cr/Cr N}:L_{Cr/Cr Al N}的比例不断下降,涂层上颗粒的数量和大小先减小后增大,在L_{Cr/Cr N}:L_{Cr/Cr Al N}=1:2时最小,其值约为2.23%;Cr-Cr N-Cr-Cr Al N多元多层涂层的硬度和结合力都呈现上升的趋势,涂层中的Al含量不断增加,提高了涂层的硬度和结合力。冲蚀角为90°时,TC11基体的侵蚀率达到了涂层的5倍以上。在不同调制比的涂层中,调制比1:2的Cr-Cr N-Cr-Cr Al N涂层的侵蚀率最低,其值为0.78μm/g。在冲蚀的过程中,氮化物层硬度高容易发生脆性断裂,金属软层的硬度低,可以吸收一部分的冲蚀能量,会阻止涂层的继续断裂。同时减少涂层上的大颗粒的数量和尺寸可以提高涂层的抗冲蚀性能。冲蚀角为30°时,TC11基体的侵蚀率达到了涂层的6倍。在不同调制比的涂层的侵蚀率基本一致,其值在0.4μm/g左右。涂层失效方式依旧是裂纹扩展所造成的涂层片状脆性剥落。当调制比为L_{Cr/Cr N}:L_{Cr/Cr Al N}=1:2时,涂层表面质量及其抗冲蚀性能最好。