本文将硬涂层的耐磨性和软涂层的减摩性有机结合,提出了软硬复合涂层刀具的设计思路,通过对硬涂层和软涂层制备关键技术的研究,开发出了WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层刀具,系统地研究了该软硬复合涂层刀具的微观结构、物理机械性能、摩擦磨损特性以及切削性能,分析并揭示了其减摩与抗磨机理。在对界面结合特点分析的基础上,提出了软硬复合涂层的设计原则,确定了软硬复合涂层的材料体系：硬涂层材料为具有高硬度和高耐磨性的TiSiN,软涂层材料为具有良好减摩性的WS2。运用吉布斯自由能函数法和有限元法对软硬复合涂层刀具的物理相容性和化学相容性进行了分析,结果表明：YT15和YS8硬质合金材料与TiSiN层间残余热应力较低,匹配性好；TiSiN层与基体间Ti-TiN结构的过渡层,可避免结合界面硅化物的生成,同时又可降低涂层的残余热应力；TiSiN层与WS2层间WS2/Ti复合层的存在有利于提高WS2层的结合力。最终,涂层结构的设计为：WS2-WS2/Ti-TiSiN-基体。采用多弧离子镀和中频磁控溅射共沉积技术在硬质合金基体上沉积了TiSiN硬涂层,研究了不同工艺参数对涂层性能影响。结果表明：TiSiN涂层中Si含量的多少对涂层的微观结构、硬度等有着决定性影响,在Si靶电流4A、Ti靶电流65A、N2流量180sccm、偏压-150V时,Si含量为～8 at.%,此时硬度可高达～35.6GPa。由于TiSiN沉积过程中多弧Ti靶与磁控Si靶的离化率不同,试样表面出现了明显的“边缘效应”,边缘处Si元素含量与中心处有较大的差别,减小Ti靶电流、降低负偏压、增大N2流量能使边缘效应减弱。为了减弱边缘效应,并同时保证涂层有较好的力学性能,优化得到的TiSiN涂层最佳工艺参数为：Si靶电流4A、Ti靶电流65A、N2流量180sccm、偏压-80V。采用中频磁控溅射技术与多弧离子镀制备了WS2软涂层,研究了靶电流、沉积温度、沉积时间等工艺参数对涂层性能的影响,并确定了最佳参数：WS2靶电流1A、沉积温度2000C、沉积时间100min。最后,结合以上TiSiN涂层、WS2涂层的最佳制备参数,通过两步法,制备出WS2-WS2/Ti-TiSiN软硬复合涂层。在YT15硬质合金盘上制备了WS2-WS2/Ti-TiSiN (WTT)、WS2-TiSiN (WT)两种软硬复合涂层,并与TiSiN硬涂层(TN)、硬质合金基体(JT)作对比,系统研究了其干摩擦条件下的摩擦磨损特性。结果表明：软涂层磨破后,两种软硬复合涂层的摩擦系数均快速升高,但始终低于JT和TN硬涂层；与WT涂层相比,WTT涂层的低摩擦系数阶段更长；通过测量磨斑大小,发现WT涂层对磨球磨损率比TN涂层的下降了约5%～63%,而WTT涂层对磨球磨损率相较于TN涂层的下降了90%以上；通过磨痕的分析发现,TN涂层和WT涂层磨痕中均出现大量Fe的粘结,而WTT涂层磨痕中依然存在大量WS2,几乎未出现粘结磨损。以上说明WTT涂层拥有最佳的减摩性,原因在于：WS2/Ti层的过渡作用增强了WS2层的附着力,使更多的WS2参与到摩擦过程中,形成转移膜；WS2/Ti层在拥有一定耐磨性的同时,还具有良好的减摩性,有效延长了软涂层的减摩作用。用YS8硬质合金刀具(JS),和以之为基体的TN涂层刀具、WT涂层刀具、WTT涂层刀具进行了淬火45钢的干切削试验,结果表明：WTT涂层刀具的切削力、切削温度、前刀面刀屑摩擦系数和已加工表面粗糙度明显低于其他三种刀具；三种涂层刀具前刀面及后刀面磨损明显低于JS刀具；相比于TN涂层刀具,WT、WTT软硬复合涂层刀具能有效降低前刀面Fe的粘结,减少后刀面涂层的剥落；相比于WT涂层刀具,WTT涂层刀具软涂层磨损区域要小的多。分析了WTT软硬复合涂层刀具减摩和抗磨机理。WTT涂层刀具拥有最低的切削力、切削温度等主要得益于三个方面：WS2低剪切强度使内摩擦区域得到充分润滑；TiSiN层表面缺陷对WS2有储存作用,在软涂层磨损后,还可以发挥一定减摩效果；WS2/Ti层的存在提高了软涂层与TiSiN层的结合强度,增长了软涂层的润滑作用时间。同时,WTT涂层刀具还具有较高的耐磨性,这首先归功于TiSiN层极高的硬度和耐磨性；其次,WTT涂层由于软涂层的涂覆,大幅增强了TiSiN层的结合力,减少了涂层剥落,刀具的耐磨性得到进一步提升。