随着各种高硬度高强度材料在航空航天、船舶制造等领域的需求不断增大,急待解决刀具寿命短,加工效率低的难题,涂层材料的合理选择是解决难题的有效方法。多元涂层刀具因具有硬度高、耐磨损和良好的高温稳定性受到广泛关注。为了更进一步提高刀具涂层的力学性能和抗氧化性能,研究的重点已集中到多元涂层体系,而多元涂层的工艺参数及多元氮化物涂层刀具和多元氮氧化物涂层刀具的切削性能与刀具磨损研究并不多见。本文采用电弧离子镀技术在不锈钢、单晶硅等基体上先通过改变直流基体偏压来制备一系列的AlCrSiN涂层,之后在Ar/N₂/O₂混合气氛中,通过改变O₂/（N₂+O₂）气体流量比来研制AlCrSiON涂层。利用扫描电镜SEM、XRD衍射仪、纳米压痕技术、销盘式摩擦试验机来研究两种涂层的微观结构、力学性能和摩擦磨损性能。使用马弗炉对O₂/（N₂+O₂）气体流量比为19.05%的AlCrSiON涂层进行正火处理,研究其高温热稳定性。依据上述实验,利用优化后的工艺参数在高速钢刀具表面沉积AlCrSiN涂层、AlCrSiON涂层、AlCrSiN/AlCrSiON复合涂层,对比研究未涂层刀具与不同体系涂层刀具的切削力及刀具磨损情况。1.采用电弧离子镀技术在不同直流偏压下沉积AlCrSiN涂层,研究基体偏压对涂层成分、微观结构和性能的影响。结果表明:AlCrSiN涂层以密排六方结构和面心立方结构的AlN相为主,随着基体负偏压增加,涂层的衍射峰整体向小角度方向偏移;涂层内残余压应力逐渐增加,最大值为-0.77GPa;涂层硬度和摩擦系数变化不明显。当基体负偏压为-40V时,AlCrSiN涂层的特征参数H/E和H³/E^*2均达最大值,分别为0.1475和0.3681GPa,此时涂层具有最佳的耐磨性能,摩擦系数亦最低。2.在Ar/N₂/O₂混合气体氛围中制备一系列不同氧含量的AlCrSiON涂层。结果表明:流量比O₂/（O₂+N₂）从0增加到19.05%时,涂层中氧含量从0增加到14.3%,而氮含量从100%降低到60.7%。在流量比O₂/（O₂+N₂）为11.43%时出现了Al₂O₃、Cr₂O₃相衍射峰。随着氧含量的增加,AlCrSiON涂层的硬度与弹性模量变化趋势一致,最大值分别为17.87Gpa、179.75Gpa;涂层的平均摩擦系数呈现先增升后低的变化趋势,最大值约为0.88。氧化物的存在,提高了涂层的耐高温抗氧化性能,但由于脆性大涂层被磨穿。热处理后的涂层在温度1100℃时出现裂纹质量降低涂层失效。3.利用优化的工艺参数在高速钢刀具表面分别沉积AlCrSiN、AlCrSiON、AlCrSiN/AlCrSiON复合涂层,用于45#钢的切削实验。结果表明:涂层刀具可有效降低刀具磨损,延长刀具寿命。AlCrSiN涂层立铣刀不仅具有稳定较低的切削力且耐磨性能好,AlCrSiON涂层立铣刀具有良好的热稳定性,可用于切削温度相对较高的场合。