金属塑性成形过程中,模具通常会因磨损、开裂而失效,其成型工件也会因模具表面不合理的摩擦特性分布而产生起皱、开裂等缺陷。模具表面涂层和凹/凸复合织构处理,可以分别提高模具表面耐磨性和调控模具表面摩擦特性分布,但都无法兼顾模具寿命和成型件质量的全面提升。为此,提出复合织构化涂层模具新思路,以充分发挥两种技术方法的集成优势。凹/凸复合织构化涂层技术是目前解决模具工程实际问题一个新的发展方向,在此方面的研究亦刚刚起步。本文即系统开展微凹坑、火山口状织构化涂层的结合强度及摩擦磨损性能研究。本文主要研究工作如下。首先,制备不同直径和深度的微凹坑织构化Al Cr N涂层、以及不同面积率和直径的火山口织构化Al Cr N涂层。为研究凹/凸体织构化涂层的结合强度,对制备的织构化涂层试样剖面进行观察,比较不同试样表面涂层的沉积行为和内部缺陷;在微凹坑、火山口状织构化涂层试样表面,进行划痕实验和压痕实验,并在共聚焦显微镜和扫描电子显微镜（SEM）下观测划痕和压痕,比较动态接触和静态接触条件下,不同试样表面涂层结合强度和裂纹扩展行为,揭示织构形貌对织构化涂层结合强度提升和裂纹扩展抑制的机理,并比较微凹坑织构化涂层和火山口状织构化涂层,在动态接触和静态接触条件下结合强度的差异;对于火山口状织构化表面,再进行XRD分析和薄片曲翘实验,比较火山口状织构化表面化学相变化和不同火山口状织构化表面应力状态的差异。得到如下结论:1、无织构试样涂层中,存在较多微孔隙和微裂纹等内部缺陷,织构化试样涂层内部缺陷较少。对于微凹坑织构化涂层试样,由于微凹坑内部的微凸起,涂层内部存在微孔隙,且当微凹坑深径比较大时（≥0.17）,织构边缘出现涂层减薄甚至剥落。对于火山口状织构化涂层试样,大部分试样涂层内部缺陷较微凹坑织构化试样显著减少,但当织构面积率较大时,存在较多微孔隙,当织构直径较大时,织构边缘出现涂层减薄甚至剥落。2、在动态接触条件下,大部分织构化试样的涂层失效临界载荷高于无织构试样。对于微凹坑织构化涂层试样,随着深度和直径的增大,临界载荷均呈先增大后减小的趋势,试样RD的临界载荷最高,为59.8N,较无织构试样的临界载荷52.5N提高14.9%。对于火山口织构化涂层试样,随着面积率和直径的增大,临界载荷均呈先增大后减小的趋势,试样AD的临界载荷最高,为62.5N,较无织构涂层试样提高19%,较微凹坑织构化涂层试样提高4.5%。3、在静态接触条件下,大部分织构化试样表面的涂层剥落区域比无织构试样表面的少。无织构试样的剥落区域主要在压痕边缘及其周围,而织构化试样的剥落区域主要集中在织构边缘。微凹坑织构化涂层试样表面压痕周围几乎未观察到涂层剥落,静态接触条件下的结合强度较火山口状织构化涂层试样更佳。4、在氮气环境下利用长脉宽激光加工的火山口状织构,改变了基体表面的化学相,产生了新的Cr N相,与涂层的化学匹配性更高。此外,织构化基体表面产生了压应力,且随着织构面积率的增大而增大,而随着织构直径的增大没有显著变化。合适的整体应力与局部应力有利于减小涂层内部孔隙和微裂纹的缺陷。5、织构具有阻碍裂纹扩展的效果,使裂纹沿织构边缘扩展,消耗裂纹扩展能,并抑制裂纹的交错成网,从而减少涂层剥落。为研究织构化涂层摩擦磨损性能,在各试样表面进行摩擦磨损实验,通过对不同试样的摩擦系数和磨损表面进行分析,得出微凹坑织构最优直径和深度,以及火山口状织构最优直径和面积率,揭示织构形貌对织构化Al Cr N涂层摩擦磨损性能的影响机理,并比较微凹坑织构化与火山口状织构化涂层摩擦磨损性能差异。得到结论如下:1、当微凹坑深度为10μm,直径为100μm时,试样表面的平均COF最低,为0.095,比无织构的平均COF降低22.1%。当火山口织构直径和面积率分别为310μm和25%时,摩擦系数最低为0.112,较无织构表面降低8.2%。2、火山口状织构是一种凹凸复合织构,通过改变不同的织构形貌,可实现织构化表面减摩与增摩功能的转变,说明该织构可作为一种重要的摩擦调控手段。3、凹坑织构化表面摩擦系数总体低于火山口状织构化表面,其最低摩擦系数较火山口状织构化表面降低15.2%;而且,微凹坑织构化试样的对磨销磨损情况较火山口织构化表面也更轻微。但火山口状织构化表面的黏着较微凹坑织构化表面明显降低。综上,本文以工程实际应用为远景目标,探明凹/凸体织构对涂层/基体结合强度的影响规律,揭示凹/凸体织构化涂层的摩擦磨损性能,为最终形成模具表面凹/凸体织构化涂层新技术提供重要理论支撑。