本文通过第一性原理计算了不同C含量TiAlCXN（X=0%、3.125%,9.375%、15.625%、21.875%,25%）固溶体的结构、力学性能和电子结构。与此同时,制备了对应不同C含量的TiAlCN涂层,并且检测了涂层的硬度和杨氏模量,分析了不同C含量固溶对TiAlCN力学性能的影响,为TiAlCN涂层组织结构的设计和工艺的优化提供了理论和技术上的指导。最后,通过摩擦磨损试验和铣刀切削试验筛选出性能较为优异的TiAlCN涂层铣刀应用于314不锈钢的加工。（1）建立了六种不同C含量的TiAlCN固溶体构型,研究了C原子固溶对晶体结构、形成能和结合能的影响。发现随着C含量的增加,晶格常数和晶胞体积均增大,TiAlCN固溶体的结合能和形成能均为负值并逐渐变大（绝对值减小）,表明TiAlN相最容易形成,热力学稳定性最高;随着C含量的增大,TiAlCN热力学稳定性逐步降低。（2）计算了不同TiAlCN固溶体构型的弹性模量以研究它们的力学性能。结果表明,随着C含量的增加,体积模量呈下降趋势。剪切模量和杨氏模量先增大后减小,在C含量为9.375%时达到最大值。根据硬度的计算结果,得出不同TiAlCN构型的硬度值排序为:TiAlC0.15625N＞TiAlC0.09375N＞TiAlC0.03125N＞TiAlN＞TiAlC0.21875N＞TiAlC0.25N,其中TiAlC0.15625N的硬度值最大,达到了27.383GPa。B/G,B/C44,C12-C44和泊松比的计算结果表明,TiAlN具有相对较好的韧性,TiAlC0.15625N的脆性倾向最大。（3）研究了TiAlCXN构型的态密度和差分电荷密度,分析键类型对其力学性能的影响。结果表明,TiAlCXN中存在共价键以Ti-N、Ti-C、Al-N为主。C元素的掺杂增强了金属d层轨道电子和非金属2p层轨道电子间的作用力,产生了强烈的杂化,生成的共价键使固溶体的剪切阻力变大,硬度得到提高。当C含量在14.76%以内增加,掺杂的大部分C原子会使Ti-N键转化为Ti-C键,使涂层的离子性减弱,共价性增强,导致涂层硬度上升;当C含量大于14.76%后持续增,超出了晶胞对于C原子的溶解度,析出的C原子相互结合形成了sp~2型的C-C键,虽然会提高涂层的自润滑性,但在承受外界压力时,sp~2结构中层与层之间较弱的范德瓦尔斯力不足以抵抗该作用力而发生侧滑,导致涂层硬度降低。（4）XRD的研究结果表明,C原子以固溶的形式进入TiAlN晶胞,置换部分N原子进而形成TiAlCN固溶强化相。通过XPS的分析表明,涂层中存在Ti-N、Ti-C、C-C、和Al-N键与电子结构的态密度分析一致;硬度的理论模拟值与实际测量值的变化趋势一致,表明了计算结果的可靠性。（5）通过试验测试了不同C含量TiAlCN涂层的摩擦磨损性能和涂层铣刀的切削性能,研究发现,TiAlCN涂层的摩擦系数随着C含量的增大而减小。C含量在14.76%时,TiAlCN涂层耐磨性表现最好;对比六种不同C含量的TiAlCN涂层铣刀,可以发现C含量为14.76%的铣刀切削性能表现最为优异,切削性能稳定,加工后的工件表面具有良好的粗糙度值、铣刀磨损程度最轻以及切削力相对较低。研究结果表明,C含量为14.76%的TiAlCN涂层铣刀更适合应用于314不锈钢的加工。