随着当代机械加工领域的快速发展,难加工材料逐渐增多。其中钛合金材料因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等优点被广泛应用于航空航天等军事化领域。但由于其导热系数低、切削温度高等加工难点的存在,对涂层刀具提出了更高的耐热性需求。在众多涂层体系中Zr-B-N涂层因具有良好的韧性、耐磨损和高温热稳定性而备受关注,但该涂层硬度较低。为此可从减少真空室中掺杂的杂质氧元素以及向涂层中掺杂Ti元素固溶强化两方面入手对涂层性能进行优化,有望研制出更具发展前景的纳米复合涂层。为此,本文采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控溅射技术在还原性气氛下沉积Zr-Ti-B-N纳米复合涂层,系统研究了还原性气体氛围、反应气体流量和Ti B₂靶功率对涂层物相组成、硬度以及磨损率等性能的影响机制,具体研究内容如下:向真空室中引入少量还原性气体中和残存的氧杂质,可抑制纳米晶与非晶界面处Ti-O键、B-O键的产生,减轻氧杂质对涂层纳米尺度界面的破坏。随着还原性气体H₂的加入,涂层晶粒尺寸明显减小,微观结构愈加致密且柱状晶结构更为显著;硬度由14.3 GPa升高至17.6 GPa,同时涂层的抗磨损性能得到大幅提高,磨损率由4.67×10^-14m³/（N·m）降低至2.05×10^-14m³/（N·m）。反应气体流量的变化将影响涂层内硬质相与非晶相比例,进而对涂层内部组织结构和机械性能产生影响。利用该复合磁控溅射技术制备的Zr-Ti-B-N涂层均存在沿（001）晶面择优生长的Zr B₂相衍射峰,在N₂+H₂流量为10 sccm时,该衍射峰最强。随着反应气体流量的增加,涂层表面晶粒生长的无序性以及团簇现象加剧,涂层内纳米晶数量增多。当反应气体流量为10 sccm时,涂层摩擦系数与磨损率最低,分别为0.83和1.63×10^-14m³/（N·m）,耐磨损性能最好。向Zr-B-N涂层中加入Ti元素后,由于Ti-B离子键键能较低易被N离子优先打开形成非晶BN,使剩余的Ti离子固溶于晶格引起晶格畸变,可起到强化涂层机械性能的作用。结果表明:向涂层中加入Ti元素后,涂层结构致密度明显增加。随着Ti B₂靶溅射功率的不断增加,（001）晶面Zr B₂相衍射峰结晶强度迅速增加。当Ti B₂靶功率为0.8 k W时,涂层硬度达到最大值25.2 GPa。摩擦性能方面:当Ti B₂靶功率为1.0 k W时,涂层的摩擦系数和磨损率最低,分别为0.64和1.16×10^-14m³/（N·m）,此时涂层的H/E值和H³/E^*2值均达到最大,具有最佳的摩擦学性能。