近年来,工业技术不断朝向现代化、产业化以及规模化发展,各种极端的工作条件频繁出现,对于加工工具、材料提出了更加严苛的要求。硬质涂层作为一种高性能材质,可用作材料表面充当防护涂层,从而提高材料的使用寿命,使其能够适应更加复杂的工作环境中。硬质涂层通常包括高硬度、高熔点的碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、氧化物等材料。氮化物硬质涂层作为第四族元素综合性能优异,具有熔点、硬度高,耐磨性以及耐腐蚀性优良等特点而被广泛应用在机械制造、汽车、航空航天、模具加工等领域。因此,对于氮化物硬质涂层的制备及改良是先进制造工业需要探究的课题之一。本论文首先使用FJL520型磁控溅射设备在TC4基体上进行了 TiN涂层、ZrN涂层的制备,通过控制氩氮比、沉积温度及施加负偏压大小等参数,对其进行性能分析,得出在不同工艺参数控制下涂层的XRD衍射峰、硬度、结合力及电化学性能的变化规律,最终确定了最优的工艺参数值。随后通过使用不同靶材制备了两种TiZrN涂层,根据确定的工艺参数值,分别使用不同Ti、Zr 比例的复合靶材制备出TiZrN多元涂层以及使用纯靶制备了 TiN/ZrN、ZrN/TiN多层涂层,并对其进行了物相、硬度、结合力、耐腐蚀能力与耐摩擦磨损性能的分析。研究结果表明,二元TiN涂层、ZrN涂层在氩氮流量比为3:1、沉积温度为200℃、施加负偏压为100V时具有较为优良的综合性能,而制备的多元TiZrN涂层的综合性能明显优于二元氮化物涂层,使用不同Ti、Zr 比例的复合靶材制备的TiZrN多元涂层的综合性能明显优于多层TiN/ZrN、ZrN/TiN涂层,在Ti:Zr为2:1时,TiZrN涂层的综合性能最为优异,硬度可达33.955GPa,当Zr含量过大时,Ti与Zr间的相互作用会导致内部发生同类原子偏聚现象,会提高涂层的内应力,导致涂层的韧性降低,从而结合性能变差。因此对二元TiN涂层进行适量Zr元素的掺杂,能够大幅度提高其力学性能,而且Zr元素的掺杂还可以提高涂层的耐腐蚀性能及耐摩擦磨损性能。这主要是因为Zr的原子尺寸大于Ti原子,在形成TiZrN涂层时,Zr原子替换了涂层中Ti原子的位置,使其晶格产生畸变,使位错难以发生滑移,从而发生固溶强化,最终使涂层的综合性能得以改善。