随着制造业的飞速发展,干切削技术应用越来越普遍,但面对一些新型的难加工材料,无涂层刀具与传统涂层刀具在加工时效率低,切削寿命短,无法满足越来越苛刻的加工条件,新型高性能涂层刀具的研发迫在眉睫。以Cr N/AlN为代表的纳米多层涂层,因具有硬度和弹性模量异常升高的超硬效应而成为研究热点。但受制于调制周期对纳米多层涂层超硬效应的影响,Cr N/AlN涂层中AlN层的厚度只有小于Cr N厚度时涂层才能具有高硬度,这限制了涂层中的Al含量,而Al含量越高,越容易在涂层表面生成连续致密的氧化膜,提高涂层的抗高温氧化性能。针对上述问题,本文提出在Cr N/AlN纳米多层涂层的Cr N调制层加入Al元素,并保持原有的面心立方结构,AlN调制层则沿fcc-（Cr,Al）N相外延生长,形成fcc-（Cr,Al）N和fcc-AlN共格生长的纳米多层结构。本文首先采用直流磁控溅射与电弧离子镀共沉积技术制备Cr N/AlN纳米多层涂层,系统研究了Al含量对其性能的影响。随后制备出（Cr,Al）N/AlN纳米多层涂层,研究不同基体偏压对其性能的影响。最后选用最优偏压制备出Cr N涂层、Cr N/AlN纳米多层涂层以及（Cr,Al）N/AlN纳米多层涂层铣刀,对比这三种涂层铣刀与无涂层铣刀的切削性能,分析刀具的失效机理。具体研究结果如下:1.采用磁控溅射和电弧离子镀共沉积技术,通过改变Al靶功率制备出3种不同Al含量的Cr N/AlN纳米多层涂层,研究发现随着Al靶功率增加,涂层中Al含量增加,主要相由fcc-（Cr,Al）N转变为hcp-AlN,涂层硬度逐渐降低。Al靶功率为2.2kw时,涂层具有最大的硬度H（30.2GPa）、弹性模量E*（494.3GPa）、H/E*（0.063）、H³/E*²（0.120）,力学性能最好。并且涂覆该涂层的车刀切削寿命与无涂层车刀相比延长了2倍左右。2.研究了基体偏压对（Cr,Al）N/AlN纳米多层涂层组织结构和性能的影响。发现在-40V、-80V、-120V、-160V偏压下制备的（Cr,Al）N/AlN涂层相结构均表现为Na Cl型立方结构,-200V偏压下涂层则表现为双相混合的立方-纤锌矿结构。5种涂层中fcc-（Cr,Al）N相的择优取向均为（111）晶面。随着基体负偏压增加,（Cr,Al）N/AlN纳米多层涂层的硬度与弹性模量大致呈先上升后下降的趋势。偏压为-160V时,涂层具有最高的H（33.1GPa）、E*（548GPa）,和最优的抗摩擦磨损性能,磨损率为1.5×10^-6mm³/（N×m）。3.采用干切削方式,对比研究无涂层铣刀、Cr N涂层铣刀、Cr N/AlN纳米多层涂层铣刀与（Cr,Al）N/AlN纳米多层涂层铣刀的切削性能。（Cr,Al）N/AlN纳米多层涂层铣刀切削200min后才达到磨钝标准,切削寿命分别是无涂层铣刀的5.4倍,Cr N涂层铣刀的4.2倍,Cr N/AlN纳米多层涂层铣刀的2.3倍。（Cr,Al）N/AlN纳米多层涂层铣刀切削性能最好,经EDS和扫描电镜分析,其磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损、微崩刃以及涂层剥落。