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近年来,在加工成本与效率的压力下,高速切削加工铝合金成为主要发展方向,对铝合金加工刀具提出更苛刻的使用要求。针对当前铝合金的加工难题,本论文设计了新的碳基涂层。论文采用空心阴极+多弧离子镀复合设备,在硬质合金YG6基体上制备Cr N/Cr-Si-N/C多层复合涂层。采用扫描电子显微镜、洛氏与维氏硬度计、球磨仪、CSM纳米力学性能测试系统、X射线衍射仪、拉曼光谱仪等设备对涂层的组织、结构进行表征。采用SFT-2M型削盘式摩擦磨损试验机研究Cr-Si-N涂层、碳基涂层与ADC12铝合金的摩擦磨损行为。采用制备的Cr N/Cr-Si-N/C涂层铣刀在CNC加工中心高速铣削ADC12铝合金研究复合涂层实际的切削性能。研究结果表明:1.采用空心阴极离子镀方法在硬质合金基体上制备Cr、Cr N、Ti N、Cr/Cr N四种过渡涂层的表面均光洁平整,无大颗粒或熔滴的存在;其中Cr涂层的裂纹扩展阻力最高,相比Cr N、Ti N及Cr/Cr N涂层依次提高为44.7%、37.8%及29.7%;Cr N涂层抗塑性变形能力最好,相比Cr、Ti N及Cr/Cr N依次提高为341.7%、29.3%及23.3%。综合考虑,论文采用空心阴极离子镀制备高韧性的Cr N涂层为过渡层,提高后续涂层与硬质合金基体的结合力。2.论文采用Cr Si靶与Cr靶制备的Cr-Si-N涂层Si分布不均匀,聚集在不同尺寸的熔滴中。含量约8-10%Si元素的掺入提高了Cr-Si-N涂层力学性能,其中硬度、结合力最大可达为3000HV0.01、15N;相比Cr N,分别提高了42.9%、14.8%;同时,Si含量小于10%时,表面大颗粒较少及较小的铝粘结降低了Cr-Si-N涂层与ADC12铝合金摩擦系数,最低约为0.20。3.以空心阴极电子枪为离子源在Cr N/Cr-Si-N涂层上优化了碳基涂层制备工艺,偏压在650V、真空室气压在0.5Pa及C2H2/Ar气体比在4时,可以制备完整、致密、稳定的碳基涂层。4.Raman光谱分析本论文制备的碳基涂层中sp2含量高,是以石墨相为主的碳基涂层。偏压对碳基涂层的力学性能及碳键形式影响大,650V时表现出最优的力学性能;随着偏压的增加,碳基涂层中无序化增加,石墨化降低。5.Cr N/Cr-Si-N/C复合涂层同ADC12铝合金的摩擦磨损表明,随着载荷和摩擦时间增加,铝转移到涂层表面的量也增加。但这些转移量中的一部分仅是疏松的铝粒;当碳基膜层完整致密时,粘附的铝粒容易被清除;仅当局部碳基薄膜剥落后粘附的铝粒才会与涂层试样形成牢固粘结。6.Cr N/Cr-Si-N/C复合涂层铣刀因具润滑、低摩擦性,高速铣削铝合金时大幅度抑制铝的粘结及积屑瘤形成,降低刀具磨损,提高铣刀排屑能力,相比无涂层刀具寿命提高约为33%。