TiAlN和TiAlSiN以其优良的力学性能、抗高温氧化性、耐磨损能力、高膜基结合强度、高热稳定性、耐腐蚀性等特性在表面保护领域有着广泛的应用。本课题采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对二者进行了理论研究。本文首先计算了Ti、Al、Si、N单原子能量，研究了TiN和AlN的晶格常数、力学性质、电子结构。进而在TiN和AlN的基础上分别构建了一系列具备不同Ti、Al含量的NaCl结构和纤锌矿结构TiAlN模型，然后对其晶体结构进行了优化，发现NaCl结构TiAlN晶格常数比TiN下降了，并且随着Al元素含量的增加晶格常数进一步减小，同时总能和结合能也都有所下降。力学计算表明在Al加入后使其弹性模量下降了，说明TiAlN抵抗变形的能力较TiN变弱。电子结构的分析表明，Al原子的加入并未改变TiN的金属性。纤锌矿结构的TiAlN平衡晶格常数a和c都随着Ti含量的增多逐渐变大，结合能有所升高，力学性能的计算显示其弹性模量下降了，说明其抵抗弹性形变的能力变弱了，同时脆性下降，力学各项异性变弱。对能带研究发现Ti元素的加入减小了带隙。通过理论计算找到了Al含量约为67at.%时是TiAlN结构相变的关键点，在此值附近发生因Al含量变化引起的B1到B4的结构相变。在TiAlN的基础上构建了固溶型和置换界面型两种TiAlSiN结构形式，并分别对其结构参数、力学性质、电子结构进行了计算分析，研究了Si、Al含量对TiAlSiN性质的影响，并对Si在其中的存在形式做了初步的探究。发现TiAlSiN较TiAlN晶格常数降低了，力学性能有不同程度的增强，其中置换界面型结构表现更好，在Al含量较低时具备较高的力学性能，置换界面型结构的Ti0.75Al0.125Si0.125N力学性能最佳：体模量达到290.9GPa，切变模量为197GPa，杨氏模量为482GPa，理论硬度值为48.2GPa，在所计算的几个体系中均为最大值。能带结构和态密度研究表明TiAlSiN为导体，呈现金属性。在经过较系统的分析后认为TiAlSiN更优良，综合性能最好。