TiAlN涂层由于具有硬度高、热硬性好、附着力强、氧化温度高、摩擦系数小、导热率低等优良特性,被广泛用于刀具的保护涂层。然而,由于涂层和基体的热膨胀系数不同等原因常常在涂层中引入残余应力,并且残余应力与服役载荷共同作用,常常导致涂层过早失效。因此,深刻认识、定量表征TiAlN涂层在不同服役环境下的残余应力,是获得刀具最佳性能并提高其使用寿命的重要保障。本文首先探讨了TiAlN涂层残余应力拉曼光谱法测量的关键问题,并使用红外热成像仪测量了不同主轴转速、不同进给速度、不同轴向和径向切深下的切屑温度,在此基础上确定了TiAlN涂层样品循环热冲击的设定温度。实验显示,TiAlN涂层刀具在中速铣削过程中其切屑温度随主轴转速的增加线性降低、随进给速度和轴向切深的增加而线性增加;TiAlN涂层刀具在中速铣削加工中的最高热冲击温度在375℃附近。本文分别测量了不锈钢、高速钢两种基底的TiAlN涂层样品经历375℃、700℃两种温度下的不同次数热冲击后的表面残余应力,讨论了TiAlN涂层中的表面残余应力随热冲击次数的变化规律。实验结果表明,沉积在不锈钢、高速钢基底上的TiAlN涂层中存在拉伸残余应力,涂层中的拉伸残余应力随热冲击次数的增加呈现先增大后减小的趋势,在相同冲击次数下700℃比375℃拉曼频移更大,残余应力变化的更为剧烈。本文进一步研究了不锈钢基底的TiAlN涂层未热冲击、375℃下10次热冲击和700℃下10次热冲击的截面残余应力的分布。结果显示,TiAlN涂层的拉伸残余应力随着涂层深度的增加而增大,且热冲击后的涂层截面残余应力高于未经热冲击的涂层的截面残余应力。本文的研究结果阐明了TiAlN涂层中的残余应力随热冲击载荷的变化规律,有助于对刀具涂层服役寿命进行更科学的预测。