硬质薄膜的应用广泛,其力学性能对膜/基系统的服役行为影响很大,是研究热点。本论文发展了一种硬质薄膜残余应力测试的新方法,并且重点研究了电弧离子镀(Ti,Al)N薄膜沉积工艺对其残余应力的影响,对(Ti,Al)N薄膜的残余应力沿层深分布的机理进行了讨论。　　 以基片弯曲法为基础,针对硬质薄膜的自身特点,进行改进创新,提出了利用剥层曲率半径法测量薄膜的残余应力及其在薄膜中的分布,并组建了一套精密的光学系统用于测定试片的曲率变化。研究了工艺参数对电弧离子镀(Ti,Al)N薄膜的力学性能、组织结构、及化学成分的影响。　　 通过对薄膜的逐层剥离,测量试片的曲率半径变化,测定了残余应力沿薄膜深度的分布规律；电弧离子镀制备的(Ti,Al)N薄膜的残余应力实测结果表明,残余应力沿层深分布形态为“钟罩形”,在膜/基界面附近应力较小,随着膜厚增大,应力逐渐增加,在近表面层应力出现最大值,在表面层区域,应力值下降。　　 脉冲偏压工艺对薄膜的力学性能有显著影响。当偏压较高时,离子在薄膜制备过程中对试片表面的轰击能量较强,薄膜的硬度较大,平均残余应力较大；当偏压较低时,薄膜的硬度较低,平均残余应力较小。偏压变化对残余应力的沿层深分布有明显作用。随着偏压的升高,残余应力分布的峰值随之增大。根据偏压对薄膜力学性能的影响,采用变化脉冲偏压的工艺制备了性能优异的(Ti,Al)N硬质薄膜,薄膜的硬度比高偏压下沉积的薄膜的硬度略有降低,残余应力显著下降,且应力沿层深分布均匀,膜/基结合力显著提高;利用循环变化脉冲偏压工艺制备了大厚度(Ti,Al)N薄膜。　　 氮气分压对薄膜的力学性能有显著影响。当氮气分压较低时,薄膜中含有较多TiAl合金相,金属键的大量存在使硬质薄膜的硬度较低,平均残余应力较低,但残余应力沿层深分布较均匀,膜/基结合力较高；当氮气分压增大时,薄膜中的共价键增多,薄膜硬度明显增大,平均残余应力增大,但应力沿层深分布出现峰值,膜/基结合力下降。根据氮气分压对薄膜力学性能的影响,采用变化氮气分压的工艺制备了性能优异的(Ti,Al)N硬质薄膜,其硬度比高氮气分压下沉积的薄膜的硬度略低,结合力显著提高,平均残余应力下降,且沿层深分布均匀。利用梯度改变氮气分压的工艺制备了厚度超过60μm的(Ti,Al)N梯度涂层,在保持高硬度的同时,有效的改善了残余应力沿层深分布形态,提高了薄膜的综合力学性能。