到具技术的进步对切削加工的发展至关重要。为了获得更高的刀具寿命,刀具涂层技术在工业生产中逐渐受到重视。TiAlN涂层由于其表面硬度较高、耐磨性和耐热性较好而在难加工材料的切削加工中得到了广泛的应用,能够显著提高刀具寿命。然而TiAlN涂层刀具在切削难加工材料时受到的切削力较大,刀具磨损迅速,为保证刀具寿命需对其进行进一步强化处理。深冷处理能够通过改变刀具材料的微观组织从而改善其力学性能,近年来被逐渐应用于刀具强化后处理工艺。目前,对TiAlN涂层硬质合金刀具深冷处理强化机制的研究尚不深入、全面,深冷处理对TiAlN涂层刀具硬度及涂层-基体结合强度等力学性能的影响规律仍存在争议,也没有给出TiAlN涂层刀具最优深冷处理工艺。为解决上述问题,本文以PVD TiAlN涂层硬质合金刀具深冷处理工艺为研究对象进行实验,通过显微观测、物相分析、力学性能测试等方法对深冷处理前后TiAlN涂层硬质合金刀具微观组织演化机理和力学性能变化规律进行研究,揭示微观组织、力学性能与深冷处理工艺参数之间的映射关系。通过对深冷处理前后的TiAlN涂层刀具进行车削刀具寿命实验,评估深冷处理工艺对TiAlN涂层刀具的强化效果,优化深冷处理工艺参数。首先,搭建深冷处理工艺实验平台,选取深冷温度、保温时间深冷处理工艺参数作为实验变量对TiAlN涂层硬质合金刀具进行深冷处理实验。通过扫描电子显微镜对深冷处理前后的TiAlN涂层刀具微观组织进行观测分析,发现深冷处理能够促进涂层刀具硬质合金基体中η相碳化物的形成。采用图像识别技术对硬质合金基体中η相的含量进行定量分析发现深冷处理后硬质合金基体中η相碳化物的含量明显增多,在-190℃深冷处理24h后η相碳化物的体积分数从3.58%增加到11.94%。在本实验选取的深冷工艺参数范围内更低的深冷温度和更长的保温时间均有利于n相碳化物的形成,且深冷温度对η相碳化物含量的影响比保温时间对其影响显著。此外,刀具硬质合金基体中的粘结相Co在深冷处理极低的温度环境下发生了从α-Co向ε-Co的同素异形转变,且深冷温度越低,粘结相Co的转变程度越大。然后,选取硬质合金基体硬度、TiAlN涂层硬度和涂层-基体结合强度等力学性能指标,研究深冷温度和保温时间对TiAlN涂层刀具物理力学性能的影响规律。维氏硬度检测结果发现深冷处理后硬质合金基体硬度得到明显提高,而纳米压痕实验表明TiAlN涂层硬度并没有出现显著变化。硬质合金基体硬度值的变化与基体中η相含量和Co相的转变程度呈正相关性。当保温时间一定时,硬质合金基体硬度值随着深冷温度的降低而不断增大;当深冷温度为-110℃和-150℃时硬质合金基体硬度值随着保温时间的延长逐渐增大;当深冷温度为-190℃时硬质合金基体硬度值随保温时间的延长先增大,在24h达到最大值2169N/mm2,然后趋于稳定。此外,深冷处理后TiAlN涂层刀具硬质合金基体微观组织中n相含量的增加和基体硬度的提高有利于提升涂层-基体结合强度,且深冷温度越低,涂层-基体结合强度越高。最后,进行车削GH4169刀具寿命实验分析深冷处理工艺对TiAlN涂层刀具切削性能的影响,综合评估深冷处理工艺对TiAlN涂层刀具的强化效果。实验结果表明,深冷处理能够显著提升TiAlN涂层刀具寿命。在-190℃下深冷24h后刀具寿命比未深冷处理刀具寿命提高34.8%。深冷温度-190℃和保温时间24h是提高TiAlN涂层刀具寿命的最优深冷工艺参数组合。