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化学气相沉积（Chemical vapor deposition，CVD）金刚石涂层具有高硬度、高耐磨、高导热系数和低摩擦系数等优异性能，在硬质合金刀体上沉积金刚石涂层，涂层刀具不仅具有良好的冲击韧性还有很高的耐磨性，成为切削碳纤维复合材料、高硅铝合金和高性能石墨等新型难加工材料的新一代涂层刀具，对于我国航空航天、汽车工业和3C产品等高端技术突破具有重大的现实意义。 本论文首先对硬质合金进行选择和前期预处理，然后通过热丝 CVD法（Hot filament chemical vapor deposition, HFCVD）在硬质合金平面刀片上制备不同晶粒尺寸的金刚石涂层，同时探究丝距、气压和甲烷浓度对金刚石涂层生长的影响；再研究不同晶粒尺寸的金刚石涂层其表面粗糙度、结合力和摩擦系数的差异；最后在硬质合金铣刀上沉积金刚石涂层，对 YL117、碳化硅增强铝基复合材料和高性能石墨进行切削试验。 研究结果表明，钴质量分数为6%的 K06F低估细晶粒硬质合金更适合作为涂层刀具的基体，前期预处理采用两步法除钴，其中 Murakami溶液超声清洗7 min，Caro，s acid静置处理10 min。通过HFCVD法制备微米晶金刚石（Micro crystalline diamond， MCD）涂层，随着丝距的增加，金刚石晶粒难以长大，晶界更加明显，涂层致密性降低；反应气压影响涂层质量，在3 kPa时金刚石涂层质量最好；随着甲烷浓度的增加，晶粒尺寸变小，在甲烷浓度1.5%（10/200 sccm）适合制备微米晶金刚石。当甲烷浓度增加到5%时可以直接制备普通纳米金刚石（Nano crystalline diamond，NCD）涂层，晶粒尺寸在200 nm左右，随着氮气的掺入，晶粒不断变细，当掺入30 sccm氮气时，晶粒小于30 nm，再掺入20 sccm的低含量氩气，可以制备平均晶粒尺寸约为10 nm的超细纳米金刚石（Ultra nano crystalline diamond，UNCD）涂层。 金刚石晶粒尺寸越大，涂层表面粗糙度越高，MCD的晶粒尺寸在1～3μm，晶型更加完整，表面凹凸不平，粗糙度为200 nm。亚微米（Sub-MCD）晶粒尺寸在0.5～1μm，表面粗糙度下降至140 nm。NCD晶粒进一步细化，都在100 nm以内，表面平整，粗糙度为40 nm。MCD涂层与硬质合金基体的临界载荷 Lc3为70N，显著高于Sub-MCD涂层的46 N和NCD涂层的32 N。晶粒越大，涂层的硬度越高，膜基结合力越强，MCD涂层具有明显的结合力优势。在载荷为5 N和10 N的干摩擦下，MCD涂层的摩擦系数为0.45和0.61，而 Sub-MCD/NCD涂层的摩擦系数在0.1左右，但是在水润滑条件下，MCD/Sub-MCD/NCD的摩擦系数接近，都在0.06附近。 金刚石涂层铣刀在加工 YL117时，硬质合金 MCD涂层二刃平头铣刀寿命是未涂层铣刀的3倍以上，MCD涂层有效保护硬质合金刀体，提高了加工效率；在加工碳化硅增强铝基复合材料时寿命比未涂层刀具提升6倍；HFCVD制备的硬质合金金刚石涂层R1.5球头铣刀在加工TOYO石墨(ISEM-8)时，涂层刀具寿命提升3倍。