高比重钨合金因其密度高、硬度大、抗拉强度好、热导率高、热膨胀系数低、耐腐蚀性好及射线吸收能力强等优异的物理性能,被广泛用于国防军事工业、核工业和航天航空等高科技领域。钨合金中钨晶粒粗大质硬、粘结相硬度低且结合能力有限,在切削加工过程中易发生脆性去除,同时产生严重的刀具磨损现象,导致刀具寿命短、加工成本高、生产效率低和表面质量差等问题。本文以TiAlN涂层硬质合金刀具为研究对象,针对钨合金切削过程中的涂层刀具微观磨损机理进行研究。首先进行不同切削参数下涂层硬质合金刀具车削钨合金实验。在整个切削实验过程中,涂层刀具切削力随背吃刀量、切削行程的增大而逐渐增大,随切削速度的增大逐渐减小;而切削温度随背吃刀量、切削速度和切削行程的增大而增大。在切削行程为250m时,刀具磨损主要表现为粘结磨损和氧化磨损;切削行程为1000m时,切削刃出现破损崩刃,涂层磨损量较大,氧化磨损、扩散磨损、粘结磨损和磨粒磨损等现象明显。根据以上研究结果,针对氧化磨损、扩散磨损和粘结磨损进行机理性研究。首先,为探究TiAlN涂层刀具扩散氧化磨损机理,基于静态热扩散耦合试验,并设计了一种新的扩散对贴合方法。实验结果发现,涂层氧化起始温度为800℃,在800℃与900℃有氧高温状态下,TiAlN涂层表面会生成Al2O3氧化层,可保护涂层被进一步氧化。在真空环境中,TiAlN涂层与WNi Fe钨合金组成的扩散对在800℃时开始发生元素扩散;在空气环境中,扩散对界面在800℃时发生元素扩散现象并且涂层开始氧化,在900℃时涂层氧化与扩散现象加深。此外,钨合金的粘附会阻碍高温下TiAlN涂层表面生成Al2O3保护层。最后,利用第一性原理计算方法对钨合金/涂层界面间粘结机理进行研究。发现WNi Fe具有典型的金属键并具有一定共价性,而Ni、Fe元素的掺杂提高钨合金的塑性,增强了钨合金的可加工性能;WNi Fe/TiAlN界面间W原子都与主要配位原子形成了共价键,Ni、Fe原子也与涂层模型的原子形成了较强的键合作用。钨合金中的W原子与TiAlN涂层间形成的共价键是粘结产生的主要原因,同时Ni、Fe粘结相增强了钨合金与涂层的粘结作用。