本文结合软涂层的减摩性能、硬涂层的抗磨性能以及表面微织构技术,提出了织构化表面软硬复合涂层刀具的设计思路。首先通过激光加工技术在YT15硬质合金刀具基体表面制备出微织构,然后利用物理气相沉积技术在织构化表面沉积AlCrN硬涂层,最后应用热喷涂技术在硬涂层表面制备MoS2/PTFE软涂层,系统研究了织构化表面AlCrN-MoS2/PTFE软硬复合涂层刀具微观形貌、物理机械性能、摩擦学性能以及切削性能。根据软硬复合涂层刀具的设计准则,确定了 AlCrN硬涂层和MoS2/PTFE软涂层的组合形式,充分发挥软硬复合涂层的减摩和抗磨作用。分析了 AlCrN涂层与不同基体材料的物理匹配性能,确定YT15硬质合金为基体材料。采用脉冲激光光纤器在基体表面制备出微织构的沟槽深度为5 μm,宽度为30μm,其中,加工参数为:激光扫描速度为200 mm/s,脉冲频率为20 KHz,功率为6 W,扫描次数为1次。制备出了六种试样,即:硬质合金基体试样(CC);AlCrN硬涂层试样(CA);MoS2/PTFE软涂层试样(CCM);AlCrN-MoS2/PTFE软硬复合涂层试样(CAM);织构化表面MoS2/PTFE软涂层试样(CCM-T)以及织构化表面软硬复合涂层试样(CAM-T)。并对其微观形貌及物理机械性能做了深入的研究,结果表明:在光滑基体表面加工微织构和沉积涂层均使其表面粗糙度明显增加,其中,制备软涂层后表面粗糙度值最大;与硬涂层和基体相比,软涂层以及软硬复合涂层试样的表面硬度明显降低;与CCM和CA试样比,CAM和CAM-T试样涂层与基体之间的结合强度有所提高,其中,CAM-T试样的结合强度最高,这主要是由于基体表面织构化后,增加了与涂层之间的接触面积。通过球-盘直线往复式摩擦磨损试验,系统的研究了织构化表面AlCrN-MoS2/PTFE软硬复合涂层与304不锈钢球对磨时的摩擦学特性。结果表明:在短时间摩擦条件下,CCM、CCM-T、CAM和CAM-T试样在不同滑动速度和载荷条件下摩擦系数一直稳定在0.05-0.15之间,均低于CC和CA试样;在长时间摩擦条件下,CAM-T试样表现最优异的摩擦学性能,摩擦系数最低、最稳定,试样表面的磨损和粘结最轻,其次为CCM-T试样,CCM试样保持低摩擦系数时间最短,表面磨损最为严重。由于微织构和软硬复合涂层之间的协同作用,使得CAM-T试样具有优异的摩擦学性能。用CA、CCM、CAM以及CAM-T四种刀具对304不锈钢进行了干切削试验,试验结果如下:与CA刀具相比,CCM、CAM和CAM-T能够改善刀具的切削性能,其中,CAM-T刀具的三向切削力、刀-屑摩擦系数和切削温度最低,前刀面的磨损以及工件材料的粘结最轻,展现出优异的切削性能;与CA和CCM刀具相比,CAM和CAM-T刀具前刀面的磨损有所减轻,但由于软涂层与基体结合强度低,软涂层易被磨损,而CAM-T刀具的微织构为软涂层提供存储空间,能够有效延长软涂层的作用时间。织构化表面软硬复合涂层刀具的减摩及抗磨机理主要为:一方面,MoS2/PTFE软涂层剪切强度较低,可以有效地降低刀-屑之间的摩擦系数,同时微织构为软涂层提供存储空间,使其能够在切削过程中不断析出,起到持续润滑的作用;另一方面,AlCrN涂层硬度高、耐磨性好,能够为软涂层提供良好的支撑作用,并且,织构化表面与涂层的接触面积明显增加,使涂层与基体的结合强度有所提高。