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本文采用多弧离子镀技术,分别使用Ti-50Al(at%)合金靶及Zr单质靶组合和Ti-50A1(at%)合金靶及Cr单质靶组合两种靶材组合方式,以逐步改变氮气分压的沉积工艺在高速钢W18Cr4V基体上分别制备了(Ti, Al, Zr) N和(Ti, Al, Cr) N两个系列多组元氮梯度硬质反应膜。利用扫描电镜(SEM)、金相显微镜、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)测量和表征了两个系列薄膜的表面及断面成分、形貌和微观结构；薄膜的硬度和膜／基附着力分别采用显微硬度计和膜层附着力自动划痕仪测得；抗热震性试验在SG2-5-12马弗炉(误差±5℃)中进行。研究了不同载荷、不同温度及不同频率条件下的两个系列膜层分别在四种偏压下的摩擦磨损性能,并采用金相显微镜对磨损后的表面形貌进行观察。研究表明,两个系列膜层断面N元素从基体到膜层表面都是逐渐增多的趋势,证明了在此试验工艺下制备的多组元膜为N梯度反应膜,且膜层内N元素含量均随偏压增大而减少。两个系列膜层的主要相结构均为具有典型面心立方结构(B1型NaCl)的TiN相,其中(Ti,Al,Zr)N系列膜层的择优取向为(111)面和(220)面,(Ti,Al,Cr)N系列膜层的择优取向主要为(220)面。力学性能方面,150V偏压的(Ti,Al,Zr)N膜层综合力学性能最高,硬度值可达5800HV、膜/基附着力大于200N；200V偏压的(Ti,Al,Cr)N膜层获得综合力学性能最佳,硬度可达5100HV、膜/基附着力大于200N。抗热震性能方面,(Ti,Al,Zr)N系列膜层之间对比,其不同偏压下的(Ti,Al,Zr)N膜层的抗热震性能差别不大,而(Ti,Al,Cr)N系列膜层的抗热震性能随着偏压的增大而变强。其中(Ti,Al,Zr)N系列膜层的失效形式为膜层剥落,而(Ti,Al,Cr)N系列膜层的失效形式为产生微裂纹。摩擦磨损性能方面,载荷增大、温度升高,膜层摩擦系数均减小,磨损量增大；而磨损频率高低对膜层摩擦系数的影响不明显,但高频时膜层的磨损量明显增大。相同试验参数下,(Ti,Al,Zr)N系列膜层在150V偏压时获得最低摩擦系数及最小磨损量；(Ti,Al,Cr)N系列膜层在250V偏压时获得最低摩擦系数及最小磨损量；且两个系列膜层的磨损机理均以磨粒磨损和粘着磨损为主。