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本文采用多弧离子镀技术,在硬质合金刀具上制备了不同Al含量梯度结构TiAlSiN多层涂层(记为T1、T2、T3)和不同含Si涂层梯度结构TiAlSiN多层涂层(记为S1、S2、S3),以提高涂层与刀具基体结合强度,增强涂层刀具切削性能。采用X射线衍射仪、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、摩擦磨损等实验方法,研究梯度结构对TiAlSiN涂层组织结构、形貌、残余应力、膜基结合强度、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。并在MCV850立式铣床上对涂层刀具进行铣削和钻削加工灰铸铁HT250实验,研究涂层结构对其切削性能的影响,并对其切削机理进行详细探讨。得出以下结论:不同Al含量梯度结构TiAlSiN多层涂层的相结构为固溶的(Ti,Al)N相,随着Al含量的增加,(Ti,Al)N物相衍射峰向右偏移。其中,在(111)晶面方向,Al含量变化较大的梯度结构涂层(T1涂层)物相为TiN相;Al含量变化较小的梯度结构涂层(T2涂层)既存在(Ti,Al)N相,也存在AlN相;Al含量无变化的梯度结构涂层(T3涂层)物相为AlN相。T3涂层具有较低的残余应力和较高的膜基结合强度(HF-2),T2涂层表现出较好的耐磨性能。铣削结果显示,涂层刀具的磨损机理主要表现为磨粒磨损和粘着磨损,当铣削速度为80 m/min和110 m/min时,T3涂层均表现出更长的铣削寿命。钻削结果显示,T2涂层的钻削性能最好,在主切削刃处有少量积削瘤。不同含Si层梯度结构TiAlSiN多层涂层的相结构主要由固溶的(Ti,Al)N和AlN相组成。低Si直接过渡的TiAlSiN涂层(S1涂层)呈现出较高的硬度、良好的膜基结合力、较低的涂层残余应力和摩擦系数。铣削结果显示,涂层刀具均发生磨粒磨损和粘着磨损。其中S1涂层刀具失效主要以少量积屑瘤、涂层剥落形式为主,S2涂层刀具失效主要为涂层剥落,S3涂层的失效模式为积屑瘤、涂层剥落和微崩刃。当切削速度为80 m/min时,S3涂层表现出最佳的铣削性能,当切削速度由80 m/min增加至110 m/min时,涂层刀具铣削长度增加近一倍。钻削结果显示,S2涂层刀具表现出较好的钻削性能,且涂层失效以剥落形式为主。