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随着机械加工技术的高速发展,加工条件更加苛刻(高速切削、精度、可靠性、给速度、寿命及切削控制性),对切削刀具提出了更高的要求。表面涂层的施加是提高刀具寿命和加工质量的有效手段。TiAlSiN涂层由于具有TiAlN涂层优异的抗高温氧化性能,同时具有TiSiN涂层的高硬度性能,构成纳米复合结构,具有更加优异的性能(耐磨损等),是目前科研工作者重点研究的刀具涂层之一。使用物理气相沉积制备纳米复合涂层具有多种方法,其中阴极电弧由于具有离化率高、沉积速率快、膜基结合力好等优点,得到广泛应用。同样应用广泛的是磁控溅射,其特点是成膜速率高,涂层的粘附性好,基片温度低,可实现大面积镀膜。所以本文采用阴极电弧复合直流磁控溅射制备TiAlSiN涂层。但电弧成膜表面不光滑,粗糙度较大,影响涂层的性能；而直流磁控溅射解决了涂层粗糙度的问题,其离子能量和离化率却较低,影响成膜效率。而最近发展起来的高功率磁控溅射,拥有阴极电弧和直流磁控溅射的综合优点。所以本文亦采用高功率脉冲磁控溅射复合直流磁控溅射制备具有更高性能的涂层。本文首先以阴极电弧离子镀复合直流磁控溅射技术制备了TiAlSiN涂层,以统计学正交分析方法,着重研究了基体负偏压、气体流量、电弧电流、溅射电流和腔体温度等工艺参数对TiAlSiN涂层沉积速率、表面粗糙度、表面形貌,截面形貌、晶体结构及硬度的影响规律,阐明了上述显微结构、晶体学结构与硬度之间的关系；正交实验研究分析得出,影响TiAlSiN涂层沉积速率的参数重要性次序为：基体负偏压>腔体温度>气体流量>电弧电流>溅射靶电流；影响TiAlSiN涂层硬度的参数重要性次序为：气体流量>腔体温度>基体负偏压>溅射靶电流>电弧电流；影响TiAlSiN涂层粗糙度的参数重要性次序为：基体负偏压>气体流量>溅射靶电流>电弧电流>腔体温度；影响TiAlSiN涂层成分的参数重要性次序为：电弧电流>溅射靶电流>腔体温度>基体负偏压>气体流量；最终TiAlSiN涂层正交实验的优化组合为A2B2C3D3E3。然后使用高功率脉冲磁控溅射复合直流磁控溅射技术制备了TiAlSiN涂层,并研究了基体负偏压对涂层粗糙度、表面形貌、截面形貌、晶体结构、硬度及结合力的的影响规律。高功率脉冲磁控溅射复合直流磁控溅射制备TiAlSiN涂层,涂层的表面粗糙度Ra随负偏压的提高先降低后增加,在-200V时,粗糙度降到最低值为7.26nm；随着基体负偏压的增加,涂层的组成成分发生变化,其中Ti的含量逐渐降低,Si的含量基本不变,Al含量逐渐增加；随着基体负偏压增加,涂层的表面形貌及截面形貌发生变化,伴随着基体负偏压的增加,涂层表面颗粒尺寸变小,在-200V时达到最小,涂层的致密度增加,柱状晶逐渐变为无特征状态；涂层的晶体结构随着基体负偏压的增加发生渐变现象,未施加基体负偏压的情况下,晶体的择优取向为(110),施加-100V基体负偏压时,(220)为择优取向面。基体负偏压在O V到-200V时,(110)、(200、)(220)峰强均增加,基体负偏压继续增加,峰的强度则降低；涂层的硬度随基体的负偏压逐渐增大然后降低,在-200V达到最大值29GP,结合力的变化和硬度的变化趋势刚好相反。