在航空航天、国防军工等国家战略性领域，关键热端部件高效精密加工面临刀具易崩刃、磨损快、寿命短的难题。提出“涂层成分反向设计”方法，利用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术研制Zr-B-N/ZrO₂多层复合刀具涂层，在反应N₂中混入适量还原性H₂制备高纯度Zr-B-N涂层，再周期性植入ZrO₂层作为热屏障和化学屏障，发挥两种膜层协同效应，实现Zr-B-N/ZrO₂多层复合涂层的可控制备。采用X射线衍射仪(XRD)分析涂层的物相组成，利用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征涂层微观结构，通过纳米压痕仪、划痕仪、高温摩擦试验机测试涂层力学性能和摩擦学行为，采用立式加工中心评价涂层刀具的切削性能。结果表明：Zr-B-N/ZrO₂多层复合涂层，主要由fcc-ZrN相t-ZrO₂相组成；当Zr-B-N/ZrO₂多层复合涂层调制周期为80 nm、调制比为7:1时，涂层硬度达到最高值，为30.2 GPa，相比于单一组分Zr-B-N涂层(硬度23.2 GPa)和ZrO₂涂层(硬度24.2 GPa)，Zr-B-N/ZrO₂纳米多层涂层的硬度分别提高30.2%和24.8%，且此时涂层磨损率达到最低值，为5.0×10^-7 mm³/(N·mm)。采用无涂层铣刀、沉积态和退火态Zr-B-N/ZrO₂多层复合涂层铣刀连续干切削45#淬火钢，切削寿命分别为6 min、35 min和39 min，与无涂层铣刀相比，沉积态和退火态涂层铣刀的切削寿命分别提高了5.8和6.5倍。