Ti-Al-N硬质薄膜在工业中有着广泛的应用。其中,(Ti,Al)N薄膜是研究得最早和最成熟的三元薄膜,具有高硬度、高耐磨性以及优良的抗高温氧化等性能。然而,电弧离子镀(Ti,Al)N薄膜中存在较高的残余应力,直接影响膜一基结合强度,并对膜或膜一基系统的其它多种性能都有很大影响。因此,调整残余应力大小及分布对改善薄膜使役性能具有重要的意义。本论文采用真空退火工艺来调整薄膜中的残余应力,并利用剥层曲率半径法测量薄膜的残余应力沿层深分布。结果表明,薄膜经退火后平均残余应力有所降低,应力沿层深分布也变得更加均匀,应力分布形态由陡峭的“钟罩型”变为平缓的“钟罩型”。退火过程中薄膜的微观组织结构也随之发生变化,柱状晶粒发生了明显的长大现象。此外,还研究了残余应力与微观结构之间的对应关系,从本质上解释了残余应力沿层深分布规律。　　 除了(Ti,Al)N以外,Ti-Al-N三元体系中还存在Ti2AlN、Ti3AlN、Ti3Al2N2、Ti4AlN3等三元相。其中,Ti2AlN和Ti4AlN3属于MAX相。近年来,随着人们对MAX相材料研究的不断深入,许多MAX相材料的新特性和新应用领域不断被开发。Ti2AlN MAX相具有良好的电、热导率、低摩擦系数、优良的抗热冲击性能和抗高温氧化性能等特点,应用于薄膜材料中具有广阔的前景,因而近年来备受关注。本论文分别采用电弧离子镀及磁控溅射这两种工业上常用的薄膜制备技术探索Ti2AlN MAX相薄膜工业应用的可行性,研究了沉积工艺及热处理工艺对薄膜微观结构和力学性能的影响。采用电弧离子镀技术制备的Ti-Al-N薄膜不含Ti2AlN MAX相。薄膜经退火后可以形成Ti2AlNMAX相,薄膜的成分特别是氮元素含量以及退火温度对Ti2AlN MAX相的形成起到了至关重要的作用。氮元素含量过多不利用Ti2AlN MAX相的转变,提高退火温度可以促进Ti2AlN MAX相的形成。TEM结果显示,沉积态薄膜具有明显的层状结构,薄膜经退火后层状结构消失,呈现细小的等轴晶结构。　　 与电弧离子镀Ti-Al-N薄膜类似,采用反应磁控溅射方法制备的薄膜中也没有发现Ti2AlN MAX相,在部分退火态薄膜中出现了Ti2AlN MAX相。通过调整沉积工艺,找到了适合Ti2AlN MAX相形成的工艺窗口和成分窗口。薄膜中的氮元素含量对Ti2AlN MAX相的形成具有至关重要的作用,临界氮元素含量约为25 at.％。Ti2AlNMAX相的形成过程伴随着薄膜微观形貌的转变,从明显的柱状晶结构变为细小的等轴晶结构。此外,对沉积态及退火态薄膜的力学性能进行了研究,含Ti2AlN MAX相薄膜的显微硬度为18～24 Gpa,远高于Ti2AlN MAX相块体材料的硬度。