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含Al过渡族金属氮化物（如AlCrN、AlTiN）具有高硬度和高耐磨性的特点,并广泛用作切削刀具表面防护涂层以提高其使用寿命和性能。AlCrN涂层在高温氧化过程中能够形成致密连续的氧化膜,有效地阻碍涂层的进一步氧化,表现出优异的抗氧化性。然而,由于Cr-N键的不稳定及其过饱和亚稳固溶体的本质,AlCrN涂层在高温作用下会发生相分解,导致力学性能的急剧下降。随着先进切削技术（干式高速切削等）的发展和难加工材料（不锈钢、钛合金等）的普及应用,寻求改善AlCrN涂层高温性能以适应愈来愈严苛的使用要求势在必行。本文从刀具涂层成分及结构设计角度出发,研究了提升AlCrN涂层的力学性能、耐磨性、高温红硬性和抗氧化性的方法。首先,在AlCrN涂层中分别添加合金元素Y和Si,研究Y和Si对涂层结构和性能的影响;然后,在多元合金化的基础上进一步结合AlCrN构建纳米多层涂层,研究纳米多层结构涂层的力学和高温性能;最后,比较不同AlCrN基涂层刀具对难加工材料（不锈钢、钛合金）的车削性能。本工作取得的主要研究成果如下:1)采用脉冲电弧离子镀膜技术制备Al0.70Cr0.30N和Al0.70Cr0.28Y0.02N涂层,并比较研究了涂层结构、力学性能、热稳定性、抗氧化性和摩擦磨损性能。AlCrN和AlCrYN涂层都具有单相面心立方结构。在1100°C退火后,AlCrYN涂层仍保持较高的硬度（30.22 GPa）和弹性模量（392.8 GPa）,而AlCrN涂层的硬度和弹性模量快速下降为20.1 GPa和302 GPa。经过1100°C高温氧化2小时后,两种涂层的氧化层厚度仅有0.52μm（AlCrN）和0.47μm（AlCrYN）。AlCrYN涂层在常温和600°C下的磨损率均低于AlCrN涂层,主要是因为添加Y有利于Cr2O3与CrO2的优先形成,进而减少了对应氧化物的摩擦和磨损,有利于提高AlCrYN涂层的抗磨损能力。2)为了探索Si的添加以及电弧放电模式（直流和脉冲）的影响,在不同占空比下制备了Al0.63Cr0.27Si0.10N涂层。研究表明:电弧放电模式及占空比对涂层的相结构和化学组成无显著影响;但是脉冲电弧模式可以有效提高涂层表面质量。且随着占空比的降低,涂层硬度逐渐增高,在1%时具有最优的表面粗糙度和最高的硬度,其值分别为47 nm和31.45 GPa;由于Si的添加,AlCrSiN涂层比AlCrN涂层表现出更好的热稳定性和抗氧化性,在950°C两小时真空退火后仍能维持大于30 GPa的高硬度。此外,AlCrSiN涂层抗氧化温度均超过1000°C;且脉冲电弧制备的涂层抗氧化性略高于直流电弧。3)在上述研究的基础上进行纳米多层结构的设计,制备了AlCrN/AlCrSiN和AlCrN/AlCrYN纳米多层涂层,其调制周期分别为21 nm和16 nm。其中AlCrN/AlCrYN涂层比AlCrN/AlCrSiN涂层具有更高的硬度（36.46 GPa）、弹性模量（517.3 GPa）和结合力（78 N）以及耐磨损性能,而抗氧化性能略差于AlCrN/AlCrSiN涂层。纳米多层结构有助于提高涂层的硬度、耐磨性能和抗氧化性能,综合性能均优于单层涂层。在涂层刀具车削难加工材料不锈钢（SUS304）和钛合金（Ti-6Al-4V）的寿命依次为AlCrN<AlCrSiN<AlCrYN<AlCrN/AlCrSiN<AlCrN/AlCrYN。其中车削不锈钢（SUS304）的磨损形式主要表现为后刀面磨损、月牙洼磨损、沟槽磨损、塑性变形以及粘着氧化磨损形式;车削钛合金（Ti-6Al-4V）主要表现为黏着磨损、磨粒磨损、氧化磨损和塑性变形磨损形式。