金属氧氮化物作为一种有潜力的硬质涂层材料近年来引起了广泛的研究兴趣，其独特的物理化学性质来源于特殊的结构：O²⁻取代MeN（Me = Cr、Al、Ti等）晶格中N³⁻的位置形成Me(O, N)固溶体并产生阳离子空位，影响材料的各项性能。本文研究了CrAl基氧氮化物涂层在不同O、Al成分下的热稳定性及抗氧化性。首先，采用Cr/Al比值为70/30的合金靶材，通入不同O₂流量制备不同含O量的涂层。结果表明：适量O掺杂能形成面心立方结构(Cr, Al)(O, N)固溶体，而过量O加入会引发α-Al₂O₃相析出，使涂层的硬度下降。此外，由于O的加入推迟了六方AlN相的产生，并延缓了Cr–N键的断裂，涂层的热稳定性随O含量的增加逐渐提高。在等温氧化实验中，低含O量（非金属元素占比≤ 21 at.%）的涂层表面能够较快地形成致密的富Al氧化层。该氧化层能有效阻碍O向涂层内部的扩散，从而提升涂层的抗氧化性。而含O量较高（非金属元素占比≥ 69 at.%）的涂层形成的氧化层中Al元素分布均匀，未能形成富Al防护层，反而降低了涂层的抗氧化性。为进一步提升涂层综合性能，选取热稳定性较优的高含O量涂层改变靶材中的Cr/Al比值（70/30、50/50、30/70），研究Al含量对涂层氧化行为的影响。结果显示：由于Al与O的亲和度较高，Al含量的增加引起了涂层中的O含量升高：随着Al在金属元素中的占比由24.1 at.%增加到42.0 at.%再到66.9 at.%，涂层中的O在非金属元素中的占比由67.9 at.%增加到74.3 at.%再到82.8 at.%。同时，其氧化激活能先由305.2 kJ/mol增加到370.7 kJ/mol，然后降至303.8 kJ/mol，抗氧化性先上升后下降。进一步研究表明：虽然高含Al量的涂层在等温氧化实验中形成了表面富Al的氧化层，但该氧化层具有疏松多孔的结构，有利于O向涂层内部的扩散，因此抗氧化性反而下降。通过计算涂层在氧化前后的摩尔体积发现，当O分数超过~80 at.%时，会引起涂层氧化后的体积收缩，造成孔洞或裂纹的形成。

PVD涂层；氧氮化物；Cr-Al-O-N；热稳定性；抗氧化性