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基于TiAlZrN硬质反应膜,在此基础上添加Nb元素，通过改变沉积工工艺参数及氮气分压，获得添加Nb元素对（TiAlZrNb）N硬质反应膜的作用。本试验采用多弧离子镀技术，选用Ti-18Al-11Zr (at%)合金靶和Ti-25Nb(at%)合金靶，通过改变两个合金靶电流、负偏压及氮气分压等试验参数在高速钢（W18Cr4V）基体上制备出两种膜层成分含量不同的（TiAlZrNb）N硬质反应梯度膜。分别对这两种膜层进行检测，利用扫描电镜（SEM）检测和表征膜层表面形貌与成分，断面形貌与成分以及利用X射线衍射（XRD）表征膜层相结构；利用显微硬度计测量膜层硬度；通过膜层附着力划痕仪检测膜基附着力；而膜层抗热震性能是在700℃条件下，利用SG2-5-12马弗炉进行测试，研究了两种成分不同的膜层在同载荷、同频率及在室温条件下的膜层的耐磨损性能，对磨损后的膜层表面形貌利用金相显微镜进行观察。研究表明：两组膜层成分不同的膜层表面均匀，致密，与其他氮化物硬质膜相比，膜层表面液滴数量明显的减少且液滴尺寸也比较小。两种成分下的膜层断面N含量由基体到膜层表面逐渐增加，证明了在此试验工艺下制备的多组元膜为N梯度反应膜。膜层断面组织形貌为均匀的柱状晶，两种膜层厚度分别在1.4～1.8μm和1.1～1.5μm之间，且膜层厚度都随偏压的增加而略有减小。XRD分析表明，两种膜层均具有B1-NaCl型的面心立方结构，择优取向均为(111)面。力学性能方面：在偏压150V时，两种膜层硬度最高分别可达到3200HV和3400HV且两种膜的膜基附着力在各偏压下都大于200N。膜层抗热震性表明，两种成分的不同梯度膜中Al和Nb含量较多的膜层抗热震效果更好。两种膜层失效的最终模式都是因膜层表面产生微小裂纹，而后经过裂纹扩展，变大最终导致膜层失效。摩擦磨损性能检测分析表明，两组膜层均在偏压为150V时，摩擦曲线摩擦系数有最小值，且摩擦系数曲线趋于平稳。在相同偏压下，随着摩擦旋转半径增大，膜层的摩擦系数升高，并且膜层的磨损量也随着摩擦半径的增大而增加。对比两种膜层成分不同的（TiAlZrNb）N梯度膜层可知：Nb含量的增加，使（TiAlZrNb）N梯度膜层具有高硬度、高抗热震性和耐磨擦性。整体来说，Nb增加的含量的越多，对（TiAlZrNb）N梯度膜层力学性能提高的越大，但是（TiAlZrNb）N梯度膜层的组织与结构并没有随着Nb元素的添加改变。