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本文以面向淬硬钢高速加工刀具涂层为研究背景，首先采用电弧离子镀技术制备出具有高硬度、强韧性以及良好热稳定性的AlCrSiN涂层；其次以AlCrSiN涂层为基础，于涂层中添加O元素从而降低涂层摩擦系数、提高耐磨性并进一步增强高温抗氧化性；最后根据刀具涂层设计理论，结合AlCrSiN高硬度、强韧性和AlCrSiON高温低摩擦的优点构建新型 AlTiN/AlCrSiN/AlCrSiON涂层。本文对 AlCrSiN、AlCrSiON及AlTiN/AlCrSiN/AlCrSiON涂层的微观结构和性能进行了系统的研究，主要研究结论如下： 1)利用电弧离子镀技术制备AlCrSiN纳米复合涂层，通过基体偏压的变化能够有效控制沉积粒子的能量，进而影响涂层的形核生长。升高基体偏压时涂层表面颗粒尺寸和数量减少；随着偏压的增加涂层的残余应力、硬度、弹性模量和膜-基结合力均出现先增加后减小的趋势，在-100 V时均达到最大值。同时，于-100 V偏压下沉积的AlCrSiN涂层其热稳定性最好。经1100 oC退火后，随着偏压的升高基体与涂层间的扩散越来越严重。此外，600 oC高温摩擦磨损实验结果表明，AlCrSiN涂层其高温摩擦系数较大(1.0~1.2)，耐磨性差，这主要是因为涂层氧化磨损造成的。 2)为降低AlCrSiN涂层的摩擦系数、提高其耐磨性，本文于AlCrSiN涂层中添加O元素制备AlCrSiON涂层，研究涂层成分和结构的变化。涂层沉积时由于基体旋转作用， AlCrSiON涂层中出现周期为8 nm的纳米多层结构(AlCrSi(O)N/AlCrSi(N)O）。当涂层中 O含量增加，涂层的硬度和残余应力下降。O含量从0增至8 at.％时，涂层结合力由64 N增至77 N，继续增加O含量涂层结合力降低。掺入适量氧元素（≤16 at.%）可提高涂层的耐磨性，但过量氧掺杂则会破坏涂层的耐磨性。经800和950℃退火处理后，AlCrSiON涂层仍保持较好的热稳性及力学性能，但1100℃退火处理后涂层相结构发生分解导致组织结构变化，使得涂层硬度降低。 3)基于 AlCrSiN高硬度、强韧性和 AlCrSiON高热稳定性的优点构筑新型的AlTiN/AlCrSiN/AlCrSiON多层涂层，并研究其结构和性能以及在刀具切削中的应用。添加适量O元素（≤18 at.%）可以提高涂层结合力，同时涂层硬度维持不变。在高速铣削淬硬钢实验中，随着多层涂层中O含量的增加，涂层刀具的切削寿命先升高再下降。当O元素含量为30 at.%时，该多层涂层呈现出最优切削性能，相比于硬质合金刀具及AlCrSiN涂层刀具寿命分别提高了~8倍和5倍。 综上所述，于-100 V偏压下制备的AlCrSiN涂层具有最佳的力学性能和热稳定性，但AlCrSiN涂层高温摩擦系数较大，且耐磨性差。添加O元素可降低AlCrSiN涂层的高温摩擦系数、提高耐磨性并增强高温抗氧化能力，AlCrSiON涂层其自组装纳米多层结构可以有效降低涂层的残余应力。基于 AlCrSiN高硬度、强韧性和AlCrSiON低摩擦、高热稳定性的优点构筑的AlTiN/AlCrSiN/AlCrSiON涂层呈现出良好的淬硬钢铣削性能。