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铝合金因其密度小、比强度高、良好的加工成型性和装饰效果等优点,广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。随着现代制造业的高速发展与新领域的不断拓展,铝合金的使用面临着更高的性能需求挑战,通过表面强化技术改善其硬度低、耐磨抗蚀性能不足等缺陷,是实现其高性能应用的有效途径之一。作为一种绿色、环保的表面改性材料,类金刚石（Diamond-like Carbon,DLC）薄膜具有高硬度、低摩擦以及良好的化学惰性等优势,有望成为一种理想的铝合金表面强化涂层。本文针对铝合金/DLC薄膜体系因物性差异大导致低膜基结合强度的关键问题,采用线性离子束复合磁控溅射技术在铝合金表面设计了具有不同梯度结构的过渡层,基于典型过渡层元素筛选与界面失效分析,系统地研究了不同过渡层厚度和结构对膜基结合性能的影响,优化制备出多种强膜基结合的DLC涂层结构体系,并对其摩擦性能进行了评价。主要工作及结论如下:首先,筛选典型的过渡层元素Si、Ti,在铝合金表面分别制备含Si、Ti过渡层的Si/DLC和Ti/DLC薄膜体系,系统地研究了过渡层种类对薄膜结构、性能以及结合强度的影响,考察了其结合失效行为与机理。研究发现:Si、Ti过渡层的引入对DLC薄膜形貌和结构的影响较小,两种过渡层均具有降低薄膜内应力和减小膜基力学性能失配的作用。其中,Si/DLC薄膜具有高的韧性,在抵抗划痕破坏时展现了良好的抗裂纹萌生和扩展能力,相比于无过渡层的DLC薄膜,结合强度由8.4 N提高到10.7 N,其结合失效的主要原因为Si过渡层与基材之间较弱的界面结合导致裂纹萌生并在界面附近扩展,使得DLC薄膜与基材发生界面断裂失效;而Ti/DLC薄膜因Ti过渡层协调膜基整体塑性变形的能力有限,同时Ti过渡层与顶层DLC之间较弱的界面结合导致裂纹萌生并往上扩展,使得DLC薄膜过早脆性剥落,结合力降低至7.1 N。其次,为了进一步提高薄膜结合力,采用线性离子束制备不同硅氧掺杂含量的a-C:H:Si:O薄膜,以构筑硬度和模量梯度变化的过渡层结构。结果表明:Si、O元素的引入大部分与C元素形成O-Si-C键合的Si Ox Cy相,同时通过Si-O键形成了少量的Si Ox相。随着Si、O含量增加,ID/IG值减小,G峰向左偏移,sp2含量增多,获得的三种掺杂含量的薄膜硬度和模量分别为155.8/20.7 GPa、134.2/17.3 GPa、115.0/14.8 GPa,实现了硬度和模量的梯度变化。基于此,设计了由钛打底层、硅氧掺杂梯度变化的过渡层和DLC表层构筑成的Ti/a-C:H:Si:O/a-C:H多层薄膜,结合各层膜厚优化,筛选出结合强度最高为16.5 N的薄膜结构体系。分析其结合机理,发现较厚的Ti打底层能够显著降低薄膜的内应力,协调膜基之间的塑性变形,模量梯度过渡层a-C:H:Si:O具有增强界面韧性、减小膜基力学性能失配的作用,因此具有优异的抗裂纹萌生、扩展以及塑性变形的能力,其失效行为表现出韧性薄膜的特征。最后,研究筛选出的单一/多层过渡层的DLC薄膜体系在大气环境下的摩擦行为,发现:与无过渡层的DLC薄膜相比,Si/DLC薄膜的摩擦承载能力从5 N提升到15 N,当载荷为5 N时其磨损率降低1倍,摩擦寿命提升6倍;Ti/a-C:H:Si:O/a-C:H薄膜体系能够将铝合金/DLC薄膜的承载能力进一步提升至20 N以上,在载荷为20 N时摩擦系数、磨损率分别为0.146和6.5×10-16 mm3/N?m。这两种薄膜体系优异的摩擦性能主要归因于摩擦副表面非晶碳转移膜的形成以及韧性的提高。