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高温合金在实际使用过程中，必须满足两方面的性能要求：优异的高温力学性能和良好的抗高温腐蚀性能。而这两方面的要求往往是相互矛盾的，对某一合金不可能同时达到最优化。要解决合金高温力学性能和抗高温腐蚀性能之间的矛盾，在合金表面制备适当的涂层是一个非常有效的途径。基体合金主要承担高温强度，防护涂层来抵御环境的侵蚀。通过表面施加防护涂层，低级材料可以达到高级材料的功效，大大节约成本。
CrAlN涂层由于既含有抗高温氧化的Al元素，又含有抗热腐蚀的Cr元素，因此作为高温合金的防护涂层具有非常好的应用前景。同时基于智能涂层的概念，利用磁控溅射双靶共溅的方法，可以方便地调整涂层的成分，获得多层的涂层结构，满足对不同腐蚀环境的防护要求，使涂层能够在较宽的温度范围内得到应用。
本研究通过磁控溅射的方法分别制备了单层、双层和多层的CrAlN涂层，对其结构以及高温氧化和热腐蚀性能进行了深入系统地研究和理论分析。所获得的主要结果如下：
(1)采用磁控反应双靶共溅的方法，在K38G高温合金基体上制备了不同铝含量的Cr1-xAlxN(0≤x≤1)涂层，并系统研究了Al含量对涂层晶体结构的影响，包括择优取向、晶格常数、相组成等。同时还研究了介稳的c-AlN的析出机理及其对涂层粘附强度的影响。
(2)在K38G高温合金基体上制备了单层的Cr0.50Al0.50N涂层，系统研究了该涂层的高温氧化和热腐蚀行为。结果显示单层的Cr0.50Al0.50N涂层具有优异的抗高温氧化性能，在高于1000℃时，氧化膜组成主要是α-Al2O3:而当温度低于1000℃时，氧化膜组成主要是Cr2O3。
(3)在K38G高温合金基体上制备了两种双层的CrAlN涂层，内层是CrN层，外层是组成为Cr0.50Al0.50N的高A1层。涂层D1界面直接过渡，两层的厚度分别为：～7μm和～4μm。涂层D2界面具有明显的梯度结构，两层的厚度分别为：～7μm和～6μm。与单层涂层相比，两种双层涂层抗循环氧化性能较差。在1000℃经过140次循环以后，双层涂层发生了严重的剥落。而单层涂层在经过300次循环后，没有发生明显的剥落，具有非常优异的抗循环氧化性能。
(4)在K38G高温合金基体上制备了多层的CrAlN涂层，该涂层由三层结构组成，紧邻基体合金的是一层富Al的结合层，中间是一层富Cr层，最外层是富Al层，各层的成分分别为：Cr0.58Al0.42N、Cr0.84Al0.16N和Cr0.51Al0.49N，各层的厚度分别为～2μm、～7μm和～5μm。多层涂层具有优异的抗高温氧化和抗热腐蚀性能。在氧化环境下，外层的富Al层能够形成致密的α-Al2O3保护膜，同时中间的富Cr层可以作为扩散障，既能限制涂层中的氧化膜形成元素向内扩散又能限制基体合金元素向外扩散。在热腐蚀条件下，外层的富Al层容易被熔盐溶解，中间的富Cr层则提供了一个氧化膜快速修复路线，表现出优异的抗熔盐热腐蚀的性能。