针对切削加工镍基合金时的切削力大、切削温度高、加工硬化严重、刀具易磨损等难加工特点,将梯度功能材料和纳米复合材料的概念有机结合,设计开发了Si3N4基梯度纳米复合陶瓷刀具,与Si3N4基均质纳米复合陶瓷刀具对比,研究了梯度纳米复合陶瓷刀具的摩擦磨损性能及高速切削性能。采用单因素实验法,进行了两种刀具材料与Inconel718的干摩擦磨损试验,研究法向载荷和滑动速度分别对摩擦系数和磨损率的影响。结果表明,摩擦系数和磨损率均是随着法向载荷的增加而增大,随着滑动速度的升高而减小；梯度陶瓷材料的摩擦系数和磨损率均低于均质陶瓷材料。主要的滑动磨损机理为磨粒磨损和粘结磨损。利用有限元软件对两种刀具高速切削Inconel718的过程进行了仿真。结果表明,刀具的最大Mises应力位于刀具前刀面靠近切削刃的区域,最高温度出现在切屑与前刀面的接触区域。且在相同条件下,梯度陶瓷刀具的应力和温度均低于均质陶瓷刀具。采用三水平的正交实验法进行了镍基合金Inconel718的高速切削实验。结果表明,两种刀具的切削合力和切削温度均随着切削速度、进给量和切削深度的增大而逐渐升高,刀具寿命随着切削速度的升高呈现先增加后减小的趋势,加工表面粗糙度则随切削速度的升高而逐渐降低。梯度陶瓷刀具的切削合力、切削温度和表面粗糙度均低于均质刀具,刀具寿命要高于均质陶瓷刀具。刀具主要的失效机理为粘结磨损和磨粒磨损。