本文将涂层技术与微织构技术相结合,提出了基体表面织构化TiAlN涂层刀具的新概念。通过基体表面织构化,可改变基体表面微观结构,有效增加基体表面的比表面积,为涂层的涂覆提供良好的附着表面;另外,基体表面织构化能够改变刀-屑界面的接触特征,最终导致涂层刀具在切削过程中的摩擦状态发生显著改善。通过研究TiAlN涂层刀具基体材料表面微纳织构的制备工艺,结合物理气相沉积方法,成功制备出基体表面织构化TiAlN涂层刀具,系统研究了基体表面织构化TiAlN涂层刀具微观结构、力学性能、摩擦磨损性能以及切削性能等,并深入分析探讨了该涂层刀具减摩作用机理。基于TiAlN涂层刀具失效机理对刀具性能的要求,提出了基体表面织构化TiAlN涂层刀具的新概念,并分析TiAlN涂层材料与基体材料的化学、物理相容性,确定了 WC/Co硬质合金作为TiAlN涂层刀具的基体材料。利用激光微加工技术进行了 WC/Co基体表面微纳织构的制备,分别分析了纳秒和飞秒激光加工参数对所加工微织构和纳织构表面质量的影响及作用规律,得到了最佳的微纳织构加工工艺参数。纳秒激光最佳加工参数为:泵浦电压8 V,扫描速度15 mm/s,重复频率7 kHz,扫描2遍,所加工的微织构几何尺寸为:宽度50μm,深度48.9μm;飞秒-激光最佳加工参数为:单脉冲能量2.5 μJ,扫描速度500 μm/s,扫描间距5 μm,所加工的纳织构几何尺寸为:周期550 nm,槽深150 nm。由上述最佳微纳织构激光加工工艺参数在TiAlN涂层刀具基体表面制备出微织构、纳织构以及微纳复合织构。利用真空阴极电弧离子镀技术在织构化的基体表面进行TiAlN涂层的涂覆,制备出了三种基体表面织构化TiAlN涂层刀具,即:基体表面微织构化TiAlN涂层刀具(MCT);基体表面纳织构化TiAlN涂层刀具(NCT);基体表面微纳复合织构化TiAlN涂层刀具(MNCT)。系统研究了基体表面织构化TiAlN涂层的微观结构及物理机械性能,并与基体表面无织构的TiAlN涂层(CCT)对比,结果表明:基体表面织构化导致TiAlN涂层基体表面粗糙化、TiAlN涂层系统H/E值的增加,并且可在基体表面形成与TiAlN相位置相近的新物相WC1-x。另外,基体表面织构化可显著提高TiAlN涂层与基体界面间结合强度,这主要是由于基体表面织构化处理能够改变基体表面微观结构和晶体结构,有效提高基体表面的比表面积,为涂层的涂覆提供良好的附着表面。通过与AISI 316不锈钢进行球-盘接触式摩擦磨损试验系统研究了基体表面织构化TiAlN涂层的摩擦磨损性能。结果表明:与CCT试样相比,NCT试样的磨损寿命显著增加,这主要是由于NCT试样更高的膜-基结合强度;MoS2固体润滑剂可有效降低TiAlN涂层表面摩擦系数,尤其是对MCT试样而言,与CCT试样相比,其表面平均摩擦系数降低了 65-75%,这是由于在摩擦过程中,当涂敷在光滑表面的MoS2固体润滑剂被完全磨掉时,摩擦副接触表面之间相互摩擦挤压作用可将储存在微沟槽中的MoS2润滑剂不断析出补给,从而在摩擦接触面形成MoS2润滑层;同时,微织构可通过扑捉、存储磨损颗粒的作用有效减缓TiAlN涂层的磨损程度;与NCT和MCT试样相比,MNCT试样能够更加显著地改善TiAlN涂层的摩擦磨损性能,这主要归因于基体表面微织构与纳织构的协同作用。通过车削试验研究了基体表面织构化TiAlN涂层刀具切削AISI 316不锈钢时的切削性能,由试验结果可知基体表面织构化可显著提高TiAlN涂层刀具切削性能:与CCT刀具相比,MCT、NCT和MNCT刀具的切削力、刀-屑间平均摩擦系数均得到不同程度的降低,且其工件加工质量显著改善,其中MNCT刀具切削性能最优。另外,与CCT刀具相比,MCT、NCT和MNCT刀具后刀面和前刀面的磨损程度得到了明显改善,其中MNCT刀具的工件粘结现象最为轻微,且TiAlN涂层脱落面积最小。基体表面纳织构化与微织构化双重效用改善TiAlN涂层刀具切削性能的作用机理主要为:一方面,基体表面微织构可促进切削液的渗入,充分发挥切削液的润滑作用;同时,微织构还可起到降低刀-屑接触长度和捕捉磨屑的作用;另一方面,基体表面纳织构可显著增加TiAlN涂层与基体界面结合力,降低由工件材料粘结造成的粘着磨损,保持TiAlN涂层刀具涂层表面的完整性,从而更好发挥TiAlN涂层高抗磨损性能特点,保护刀具基体。