采用中频磁控溅射和多弧辅助中频磁控溅射技术在硅片、不锈钢、高速钢以及硬质合金等基体材料上制备C₃N₄涂层和C₃N₄／TiN纳米复合涂层，系统研究了C₃N₄涂层和C₃N₄／TiN纳米复合涂层的结构、物理性能、摩擦磨损、抗水蚀性能，相关基础研究成果在汽轮机末级叶片上得到了应用。主要结论如下：（1）采用中频磁控溅射技术在硅片上合成纯C₃N₄薄膜，X射线衍射分析表明薄膜中含有α和β两种结构的C₃N₄相，其中β相是C₃N₄薄膜的主要结晶相。光电子能谱和傅立叶红外光谱分析表明，薄膜中的C、N原子比值在1．06～1．24之间，C原子主要以sp²和sp³两种杂化状态存在，C、N原子以C-N键为主要键合方式。（2）研制了多弧-中频磁控溅射系统，在2Crl3不锈钢和高速钢基体上沉积C₃N4／TiN纳米复合涂层，所制备涂层硬度超过40GPa，属于超硬涂层。AFM和SEM分析显示多弧-中频磁控溅射制备的C₃N₄／TiN涂层表面状况良好、涂层与金属衬底结合牢固。（3）通过对涂层的性能测试及热冲击试验和摩擦磨损性能测试，发现涂层硬度和附着力受基体材料影响。在涂层的热冲击试验中，2Crl3不锈钢基体上C₃N₄／TiN复合涂层抗热冲击性能良好，在400℃以下，涂层几乎没有变化。在550℃时，发现在涂层的表面出现氧化物。摩擦磨损试验发现随着载荷的增加，摩擦系数有逐步增加的倾向，同时涂层和对偶球的磨损也逐步增加。C₃N₄／TiN复合涂层具有良好的抗摩擦磨损性能。（4）在探讨汽轮机末级叶片水蚀失效机理的基础上，研制了水蚀试验装置并对设备的基本参数进行了测试。不锈钢基体、高铬铸铁、钴基合金的水蚀速率和水蚀破坏机理研究表明，研制的设备能对水蚀状况进行很好的模拟，设备具有操作简单、性能稳定、成本低廉等优点。（5）高铬铸铁、钴基合金和涂C₃N₄／TiN涂层的2Crl3不锈钢等不同材料的抗水蚀性能对比试验发现，2Crl3不锈钢基体上C₃N₄／TiN涂层的抗水蚀性能比2Crl3不锈钢基体提高了将近50倍，优于目前国内外广泛使用的钴基合金，比钴基合金提高了3倍。（6）2Crl3不锈钢基体上C₃N₄／TiN涂层的水蚀破坏形貌研究发现，当水滴撞击次数达到一定的次数后，在涂层的最表面，裂纹从应力集中区域萌生，随着水滴撞击次数的增加而扩展，最后导致最表面一定数量的涂层脆性断裂，当最表面涂层脆断剥落之后，水滴直接作用在涂层次表面上，涂层的断裂方式为逐层脆断方式。（7）上述研究成果在电厂50MW汽轮机2Crl3不锈钢末级叶片上得到了应用，C3N4／TiN复合涂层抗水蚀性能优良。