钛合金、高温合金等难加工材料被广泛应用于航空航天等领域。但是它们具有较低的导热系数,使刀具所受的切削力和切削温度很高,加快刀具磨损。CrAlSiN涂层具有良好的力学性能、耐磨性和抗高温氧化性,广泛应用于切削刀具中。但是Al、Si含量较高时涂层脆性大,结合力较低,易发生剥落。若采用梯度结构设计,使Al、Si含量呈梯度变化可以减小CrAlSiN涂层与刀具基体之间的差异,有望解决这一问题。本文采用高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）和直流脉冲磁控溅射（DCMS）复合技术,改变Al靶功率,制备了四种不同Al含量的CrAlSiN纳米复合涂层,研究Al靶功率对涂层组织结构和性能的影响规律。采用DCMS和电弧离子镀（AIP）复合技术制备了三种表面不同Al、Si含量的CrAlSiN纳米梯度涂层,研究了表面Al、Si含量对纳米梯度涂层组织结构、力学性能和切削性能的影响规律,并分析梯度结构对涂层的组织结构和力学性能的影响规律,主要研究成果如下:采用不同Al靶功率制备了四种不同Al含量的CrAlSiN纳米复合涂层。研究发现:四种涂层主要相为fcc-CrN相和非晶相Si₃N₄。四种涂层均为（200）晶面择优取向,并具有外延生长形成的柱状晶结构。随着Al靶功率的增加,涂层的晶粒尺寸逐渐变小。但当Al靶功率达到1.2 k W时,小颗粒聚集成花菜形貌,涂层表面粗糙度增大,产生更多的孔洞。Al靶功率为0.8 k W时,涂层有最大的硬度H（26.7 GPa）、弹性模量E^*（383.5 GPa）、H/E^*（0.0696）、H³/E^*2（0.1296）、We（55.85%）和结合力（27.8N）,力学性能最好。采用靶功率线性递增的方法,改变CrAlSi靶的线性末端功率制备不同表面Al、Si含量的CrAlSiN纳米梯度涂层。研究发现:随着CrAlSi靶线性末端功率增加,涂层的主要相结构为fcc-（Cr,Al）N相,择优取向由（111）向（220）晶面转变;涂层的硬度由28.07GPa逐渐增大至30.44GPa。其中,Cr Al Si靶功率为0.6-2.8k W的涂层拥有最大的H/E^*、H³/E^*2和We值,分别为0.060、0.109和51.79%;维氏压痕边缘裂纹数目较少,且延伸不明显,具有最好的塑性和韧性。随着Cr Al Si靶线性末端功率的增加,三种CrAlSiN纳米梯度涂层刀具的寿命会延长。取VB=0.1mm为磨钝标准,0.6-1.2k W、0.6-2.0k W和0.6-2.8k W的涂层铣刀切削时间分别为44min、82min和95min。采用恒定的Cr Al Si靶功率制备CrAlSiN纳米复合涂层,研究发现:CrAlSiN纳米复合涂层沿（220）晶面择优生长,且hcp-Al N相少于纳米梯度涂层,因为纳米复合涂层中含有更多的Si₃N₄阻碍hcp-Al N的形成。CrAlSiN纳米梯度涂层的H/E^*（0.058）和H³/E^*2（0.099）值较高,具有较好的抗弹、塑性变形能力;同时,CrAlSiN纳米梯度涂层因为成分和结构连续变化,结合力高于CrAlSiN纳米复合涂层;CrAlSiN纳米梯度涂层在摩擦超过3000r时,摩擦系数有所增加,在一定程度上加速涂层磨损,因此与CrAlSiN纳米复合涂层相比磨损率略大。