高速钢在工业生产中应用广泛,是一种重要的工具材料。在传统热处理的基础上进行表面涂层的制备可有效提高高速钢工具的服役寿命等综合性能,具有重要意义。类金刚石薄膜（DLC）是一种性能优异的硬质涂层,但由于膜基结合力差、内应力较大、热稳定性差的问题限制了其应用范围。深冷处理作为一种操作简便、安全环保、有效改善材料组织及性能的工艺,在金属材料方面的研究较为广泛,但深冷处理在涂层领域的应用与研究并不充分,国内外相关的研究报道较少。本文以M35高速钢为研究对象,采用深冷处理技术、热处理技术和DLC涂层制备技术制备了一种高耐磨的涂层高速钢工具,主要研究工作及成果如下。首先,研究了回火和深冷处理顺序、回火温度、回火次数与深冷处理对M35高速钢组织及性能的影响。经淬火+3次回火+深冷处理得到的样品晶粒内部析出细小的近圆形碳化物,表现出较好的耐磨性能。在不同温度回火处理后进行深冷处理,M35高速钢的硬度先下降后升高达到峰值67.1 HRC,最后急剧下降,与回火样品相比,峰值硬度提高了0.7 HRC且回火温度降低近30℃。与三次回火相比,在525℃一次回火获得更多细小的、近圆形碳化物,深冷处理后,一次回火样品中碳化物团聚减少,碳化物的分布更加均匀,并保持63.6 HRC的红硬硬度,具有良好的红硬性。其次,利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术在M35高速钢表面制备了类金刚石薄膜（DLC）,研究了基体回火次数与深冷处理和深冷温度对DLC涂层结构和性能的影响。基体回火次数不影响表面DLC涂层内sp~3杂化键的含量,但基体经525℃一次回火和深冷处理的涂层样品的结合力最好,纳米硬度达到最大值28.3 GPa,磨损量最小为0.44×10-3mm~3。DLC涂层在不同深冷温度深冷处理后,涂层结构发生变化,经-140℃深冷处理后,涂层内的sp~3杂化键含量最多,sp~2/sp~3的值降至0.524,而后随深冷温度的降低,DLC涂层中sp~3杂化键含量逐渐减少。随着深冷温度的降低,DLC涂层的结合力先升高后迅速降低,在-180℃时,临界载荷达到峰值40.54 N。最后,在总的保温时间一定的条件下改变深冷次数,并引入外加静磁场,研究了循环深冷和静磁场深冷对DLC涂层结构和性能的影响。在-140℃和-196℃进行两次深冷处理时,sp~3杂化键的含量下降;DLC涂层经多次深冷处理后结合力提高,但随着深冷次数的增加,DLC涂层的耐磨性能下降。采用垂直磁场深冷处理,涂层表面易吸附杂质颗粒,而采用平行磁场深冷处理,涂层内部缺陷增多,表面质量恶化。经磁场深冷处理后,DLC涂层的结合力和耐磨性能下降,sp~2杂化键的紊乱程度降低和sp~2团簇的尺寸增大导致纳米硬度从30.4 GPa降至25.8 GPa。本文通过对M35高速钢的深冷处理工艺研究得到了使其组织细化、综合力学性能提高的深冷处理和热处理工艺,并深入探究了不同的深冷处理工艺对M35高速钢表面的DLC涂层结构和性能的影响,对提高DLC涂层的结合力和耐磨性能有重要的理论和现实意义。