硬质涂层作为改善刀具性能的有效手段在材料加工领域被广泛应用,其优异的力学性能和高温稳定性可以极大延长刀具的使用寿命。涂层刀具在切削加工过程中,刀具与被加工材料之间剧烈的摩擦会产生大量的热,从而导致刀具磨损失效。因而对刀具涂层高温摩擦学性能的研究显得尤为重要。PVD Ti-Al-(X)-N系列涂层因其优良的高温抗氧化性能及力学性能目前已经商业化使用。一般而已,涂层的性能取决于涂层的结构和成分。涂层中Ti/Al的比值以及是否加入其它元素(如Si)对涂层的硬度,热稳定性,抗高温氧化性以及高温摩擦学性能有很大的影响。如AlTiN涂层相比TiAlN涂层中的Al含量更高,在保持晶体结构不变的情况下,Al含量的增加可以进一步提高TiAlN涂层的抗氧化性能和高温下的力学性能,使得AlTiN涂层更适合目前机加工要求。而一定含量的Si元素加入到TiN涂层中通过热力学调幅分解,可以形成非晶原子层包覆纳米晶氮化物的纳米复合涂层(nc-TiN/a-Si3N4)结构。这种结构的涂层不仅因为Si元素的加入可以细化晶粒提高硬度而且涂层高温稳定性也非常突出。其次,通过多层复合结构,也可以大幅提高涂层的性能。本文针对刀具市场上常用的Ti-Al-N系列涂层。首先利用PVD电弧离子镀技术在高速钢上制备了TiAlN涂层和AlTiN/TiSiN多层纳米复合涂层(以下简称为s-AlTiN/TiSiN),在常温、400℃和600℃进行摩擦磨损实验,探讨TiAlN、 s-AlTiN/TiSiN涂层不同温度下的磨损行为及磨损机理；其次由于高速钢基体硬度相对较低(58～62 HRC),为了进行更高温度的摩擦实验,采用硬质合金作为基体,制备高A1的AlTiN涂层和AlTiN/TiSiN多层涂层(以下简称为c-AlTiN/TiSiN),在400℃、600℃和800℃进行高温摩擦实验,比较AlTiN. c-AlTiN/TiSiN涂层不同温度下的磨损行为及磨损机理；最后为了研究高温下线速度和载荷对涂层磨损性能的影响,选取c-AlTiN/TiSiN涂层在800℃下按照不同的线速度(30cm/s.40cm/s和50cm/s)和载荷(5N、8N和1ON)进行摩擦实验。围绕高温摩擦学,论文重点研究了涂层不同温度下的摩擦磨损行为。另外涂层的微观结构和力学性能等基本特性采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS).X射线衍射(XRD)以及纳米硬度计等表征手段进行分析表征。主要研究结果如下：(1)在比较TiAIN涂层和s-AlTiN/TiSiN涂层在不同温度下的摩擦行为中,TiAIN涂层在常温、400℃和600℃经过10000圈摩擦后均磨穿,s-AlTiN/TiSiN涂层在600℃下摩擦完后才磨穿失效,说明s-AlTiN/TiSiN涂层的高温摩擦磨损性能相比TiAIN涂层要好。摩擦系数方面,两种涂层在600℃摩擦稳定后的摩擦系数最低,其次是在400℃,常温下的摩擦系数最高。磨损机制方面,常温下TiAIN涂层磨损失效形式主要是摩擦副之间的粘着磨损,400℃和600℃下为粘着磨损和氧化磨损。s-AlTiN/TiSiN涂层常温下主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及塑性变形导致的鱼鳞状裂纹,400℃下主要为粘着磨损和氧化磨损,600℃下氧化磨损的加大以及伴随磨粒磨损和粘着磨损的综合影响使得s-AlTiN/TiSiN涂层最终磨损失效。(2)在比较AlTiN涂层和c-AlTiN/TiSiN涂层在400℃、600℃和800℃下的高温摩擦行为中,两种涂层都没有磨穿。摩擦系数方面同高速钢基体趋势一致,800℃下两种涂层摩擦系数最低,600℃其次,400℃下最高。磨损机制方面,AlTiN涂层400℃下磨损形式主要为粘着磨损,600℃和800℃下主要为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。400℃、600℃和800℃下氧化磨损和粘着磨损均存在于c-AlTiN/TiSiN涂层摩擦过程中,600℃下涂层还有轻微的塑性变形。(3)在高温下线速度和载荷对c-AlTiN/TiSiN涂层磨损性能的影响研究中,发现800℃下,线速度(30cm/s、40cm/s和50cm/s)和载荷(5N、8N和10N)对涂层摩擦系数影响不大。但是随着载荷的增大涂层磨损率有减小的趋势,随着线速度的加大磨损率先增加后减少,说明800℃下在c-AlTiN/TiSiN涂层摩擦系数基本不变的情况下,适当加大载荷和线速度可以降低涂层的磨损率。