当金属被切削加工时,工件材料对刀具造成的剧烈磨损是导致刀具失效并降低其使用寿命的重要原因。通过对刀具进行一定的表面改性处理,来提高刀具与工件两摩擦副表面间的摩擦润滑性能一直是研究的热点。表面织构技术和表面涂层技术是当下最流行的两种表面改性技术,表面织构不仅能减小摩擦副表面间的直接接触面积,而且能对润滑液起到存储作用进而实现动压润滑和二次润滑效应,固体自润滑材料本身具有的减摩、抗磨及润滑功能也能改善材料表面的摩擦学特性。将两者各自的优势协同运用于刀具表面以改善其本身的摩擦学特性。以常用刀具材料YT15硬质合金为基体材料,利用激光加工技术进行不同面积占有率下三角形、三角沟槽形、半圆环形微织构的制备。对相同特征参数下的各微织构单元进行流体仿真分析发现:受凹坑内液体的回流与对流效应的影响,流经以上三种微织构凹坑表面的液体润滑膜都具有较高的流体动压力值,特别是当微织构形状为半圆环形时这一现象最为突出。通过调整速度和载荷的数值,对制备所得的不同面积占有率下的三角形、三角沟槽形、半圆环形织构化试样进行对比测试表明:当工作表面微织构的面积占有率约为10%时,三组不同形貌的异形织构化试样具有最低的总摩擦系数,并且最稳定,特别是微织构形状为半圆环形的试样表现出最佳的摩擦学性能。运用磁控溅射技术对面积占有率约10%的异形织构化试件进行WS₂/Zr复合涂层的制备,结合ANSYS仿真对所得复合涂层的相关性能进行检测分析。结果发现:Zr过渡层的添加有效地改善了WS₂涂层与YT15硬质合金基体间的应力集中现象,减小了涂层与基体两者间的残余应力梯度。所得复合涂层形貌清晰、分布均匀,晶体结构呈择优生长取向,有较高的膜-基结合力和较高的显微硬度,且复合涂层厚度均匀,维持在5μm-5.5μm之间,符合后续试验要求。将无织构无涂层的抛光试件、不同微织构图貌下的单纯织构化试件、具有表面微织构和涂层的协同试样在相同条件下对比测试,分析三者工作表面的摩擦特性和磨损机理。相较于单纯抛光件,不同图貌的织构化试件因微织构本身对摩擦副表面间直接接触面积的减少和其所起到的动压润滑及二次润滑作用,其整体摩擦系数有了较大幅度的降低,且稳定性较好。而织构化表面涂层的存在,能在润滑液起不到作用的两摩擦表面微凸体直接接触的位置上起到固体润滑剂的作用,且微织构对涂层材料的存储与收集也加强了二次润滑效应,因此织构化涂层试件表现出最优异的摩擦学特性,其中,半圆环形微织构和WS₂/Zr复合涂层作用的协同试样的工作表面具有最低和最稳定的摩擦系数。课题在常用硬质合金刀具的基础之上制备得到了半圆环形织构化刀具和半圆环形织构化涂层刀具,通过切削45号调质钢来研究三组刀具各自的切削和磨损性能。结果发现:当半圆环形微织构和WS₂/Zr复合涂层同时作用于刀具表面时,其自身的三向切削力与半圆环形微织构单独作用的刀具和常用刀具相比,数值有了较大幅度的降低,同时降低的还有前刀面的平均摩擦系数。普通刀具前刀面出现大量的铁屑粘结,半圆环形织构化刀具前刀面只有少量的铁屑粘结,而半圆环形织构化涂层刀具前刀面基本没有出现铁屑粘结,其磨损区出现较多的为涂层薄膜的脆性剥落,在微织构基础上制备涂层,这增强了刀具自身的抗磨损和抗粘结性能。