核工业热室承担着试验堆堆工材料的理化性能、机械性能和金相组织的测试实验任务,需要对核燃料棒或金属零部件进行切割取样。由于是封闭的高放射性试验和遥操作的屏蔽室,受到主从机械手工作范围、负载能力和复杂程度的限制,因此必须遵循切削系统废物最小化的原则和换刀次数最小化的原则,开发选用适应热室服役条件的长寿命干式高速切削圆锯刀。本文基于某核工业热室现役切割取样卧式铣床的运行状态,以已商业化并在非核领域应用的CrAlN薄涂层和Ti CN涂层圆锯刀、新型Ti Al N涂层和Ti Si N涂层圆锯刀为研究对象,以普通M2圆锯刀为比对参照,进行以下研究:（1）检测刀具的几何参数、表面形貌、基体硬度、涂层表面硬度,作为分析刀具耐用度及试样表面质量的依据。（2）以热室现用的、为切削规范和经验平均值3.6倍即89.53m/min的线速度,进行圆锯刀高速干切削316L不锈钢的实验,基于切屑颜色、齿高降低量、磨损形式等划分磨损阶段。（3）表征切削数量与试样表面质量、刀具齿高降低量的关系。（4）进行涂层刀具的XRD、SEM及能谱检测,划痕实验,干式摩擦磨损实验,结合几何精度、硬度及切削实验现象,分析并阐述几何参数、表面形貌、涂层和基体的组织结构及高温性能演变对刀具磨损量、失效形式、耐用度的影响机理,对红硬性、耐磨性和高温抗氧化性的贡献。（5）运用系统工程分析方法,基于技术特性、运行特性、经济特性和社会特性综合评价四种三元氮化物涂层圆锯刀干式高速切削316L不锈钢的适用性。研究结果表明:M35基CrAlN薄涂层圆锯刀的涂层膜基结合力虽然不是最大,但在高速干切削条件下,其耐用度分别为Ti CN刀的2.04倍、Ti Al N刀的3.13倍、Ti Si N刀的4.27倍、M2刀的2.13倍,能较好地满足热室切削系统废物最小化的原则和换刀次数最小化的原则。机理为:800℃下CrAlN薄涂层的稳定相为具有较高抗粘性能的面心立方Cr N相;置换了部分Cr原子所形成的Al N相不但提升了涂层的硬度和韧性,还进一步提升了热稳定性和抗高温氧化性;900～1200℃时的稳定相为高硬度的Cr2N相,保证了高温红硬性;高温氧化在涂层表面形成的Al2O3、Cr2O3相具有微切削作用,其致密薄层抑制了涂层的进一步氧化并具有隔热作用,提升了耐磨性;M35析出的WC和Mo C硬质相增强了弥散硬化效果,导热系数和比热容在600℃以上时增幅远大于M2,奥氏体中碳化物的溶解保证了热稳定性并抑制了热疲劳裂纹,这些贡献使得M35基体在涂层失效阶段仍具备优越的耐磨性和耐用度。M2基Ti CN涂层圆锯刀因涂层膜基结合力略小、涂层组织疏松、存在表面大颗粒及较多贯穿至基体的微裂缝、高温氧化生成的Ti O2易磨损、无定型碳转移膜在500°C以上时不再具有润滑减摩作用,致使涂层高温红硬性不能明显改善并易产生脆性断裂,涂层会很快失效,比对普通M2刀,其耐用度几乎无优势。M2基Ti Al N涂层圆锯刀涂层膜基结合力尽管最大,但涂层的抗氧化温度仅为800°C,由于涂层形成的Al N晶粒为柱状、表面裂纹会随温度升高而加剧,而因此在断续干切削时容易产生以掀裂和剥落为主的应力集中破坏,早期生成的Al2O3薄层的抑制氧化作用对提升耐磨性的贡献非常有限,反而在后期高于抗氧化温度时加剧了高温烧蚀,致使其耐用度反而不如普通M2刀。M35基Ti Si N涂层圆锯刀涂层膜基结合力最小,涂层表面硬度却最高,断续切削时产生的脆皮效应使高硬度涂层薄膜容易剥落,从而加剧残余涂层薄膜的剥落及M35基体的磨损,致使其耐用度也不如普通M2刀,在四种涂层圆锯刀中表现最差,应该只适合于连续切削。基于四个特性的综合评价结果表明,M35基CrAlN薄涂层圆锯刀对于干式高速切削316L不锈钢具有最佳的适用性。本文的研究成果为热室选用长寿命干式高速切削圆锯刀提供了可靠的理论依据,相较于某热室现役的耐用度低的普通M2圆锯刀、价格昂贵且产生核辐射物质二次污染的硬质合金圆锯刀、价格更为昂贵且因磨粒负荷增加易导致脱落的金刚石砂轮,M35基CrAlN薄涂层圆锯刀具有综合比较优势。