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过渡金属氮化物涂层（例如CrN和TiN）具有出色的机械,摩擦和腐蚀性能,可以改善工件的表面性能并延长工件的使用寿命。与传统的单层涂层相比,纳米多层涂层由于优越的综合性能而得到了广泛的研究。但是这些涂层比软质基体相比具有更高的硬度和刚度,在许多情况下受基体塑性变形的影响,可能导致涂层失效。将等离子体渗氮（PN）与硬质涂层结合起来的复合处理技术有效地高了涂层的硬度和膜基结合力,减少了涂层损坏或破裂的可能性,因此具有极高的研究前景。本论文采用多弧离子镀技术在AISI 4140钢表面制备了Cr-Al-Ti-N和W-Cr-Al-Ti-N纳米多层涂层,研究分析了加入W元素的纳米多层涂层的组织结构和机械性能。将AISI 4140钢进行等离子体氮化预处理,并将W-Cr-Al-Ti-N纳米多层涂层沉积在氮化的AISI 4140钢上,研究了经不同表面技术处理后样品的形貌、硬度、膜基结合力及耐腐蚀性能。采用X射线衍射仪（XRD）、扫电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、自动划痕仪,维氏硬度计及电化学工作站等分析测试了其组织结构、机械性能和耐蚀性能。得到以下结论:（1）AISI 4140钢主要以α相为主,Cr-Al-Ti-N纳米多层膜主要以CrN、AlN和TiN相为主。W-Cr-Al-Ti-N纳米多层膜主要以W2N、CrN、AlN和TiN相存在。W-Cr-Al-Ti-N纳米多层膜具有清晰的调制界面,从基体至顶部依次为底部CrN层、中间周期性的Cr-Ti-Al-Si-N梯度层及顶部的W-Cr-Al-Ti-N纳米多层涂层组成。W-Cr-Al-Ti-N纳米多层膜的纳米硬度和弹性模量达到最大值分别为47.9 GPa和425GPa,具有超硬效应。W-Cr-Al-Ti-N纳米多层涂层的抗塑性变形比H3/E*2达到最大约为0.609,高于普通的过渡金属氮化物硬质涂层（0.4）,具有良好的韧性。（2）AISI 4140钢经低温离子渗氮（LPN）和高温离子渗氮（HPN）后出现ε-Fe2-3N和γ’-Fe4N氮化物相,经氮化后沉积涂层的复合处理样品主要由W2N,CrN,TiN和AlN相组成,并且还检测到存在ε-Fe2-3N和γ’-Fe4N相。经离子渗氮后样品的硬度升高,低温氮化和涂层复合处理（LPN+Coating）样品的硬度为1332 HV0.05,高温氮化和涂层复合处理（HPN+Coating）样品的硬度值达到最高为2200 HV0.05。此外,经离子氮化预处理的复合处理样品的结合强度升高,HPN+Coating复合处理样品的结合力达到51N。经处理后样品在3.5wt.%NaCl溶液中的耐蚀性均升高,极化测试后HPN+Coating复合处理样品表面未发生腐蚀现象,具有优异的耐蚀性能。