金属钛及钛合金具有比强度高、抗腐蚀性能好等优点，被广泛应用于航空航天、船舶海洋以及生物医疗等领域，但其耐磨性差以及由于合金元素的存在而生物相容性差等缺点严重限制了其使用范围。金刚石薄膜具有高硬度、高热导率、低摩擦系数和良好的化学稳定性及生物相容性等优点，沉积在金属钛及钛合金表面可极大克服其缺点，因此在钛基体上生长金刚石薄膜得到大量关注和研究。目前钛基金刚石薄膜存在两个主要问题:一、金刚石与钛基体的热膨胀系数差别大导致薄膜结合力差;二、针对润滑油生产使用产生的环境污染以及人们对固体润滑膜在水环境中应用的探索，金刚石薄膜有望成为具有优异水润滑特性的涂层材料，但是何种结构的金刚石薄膜具有最佳的润滑性能需要进行系统研究。因此制备结合力优良的金刚石薄膜来提高钛及钛合金的摩擦磨损性能并寻找适合在水润滑条件下使用的钛基金刚石薄膜具有重要意义。　　本文使用微波等离子体化学气相沉积法，在硅和钛基片上制备了不同结构的金刚石薄膜，利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪等对金刚石薄膜的微观结构进行表征;利用摩擦磨损测试仪系统研究了不同结构的金刚石薄膜（包括表面粗糙度，晶粒尺度，取向）在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能;利用压痕法系统研究了不同结构的金刚石/碳化硅复合过渡层对钛基金刚石薄膜结合力的影响。研究结果如下:　　对具有不同晶粒尺寸、取向和表面粗糙度的四种金刚石薄膜在干磨擦、水溶液和1wt％氧化石墨烯水溶液中的摩擦磨损性能进行研究后发现:在干磨条件下，随着晶粒尺寸的减小和表面粗糙度的降低，金刚石薄膜摩擦系数和对磨副磨损率逐渐降低。晶粒取向的变化对表面粗糙度接近的(100)和(111)取向微米金刚石薄膜的摩擦系数和对磨副磨损率无较大影响。微米和超细晶金刚石薄膜在水溶液和氧化石墨烯水溶液润滑条件下的摩擦性能因表面石墨化和钝化比干磨时得到提高。纳米金刚石薄膜在氧化石墨烯水溶液中的摩擦系数因表面较软sp2碳层的存在反常升高。三种摩擦磨损测试条件下，超细晶金刚石薄膜保持最低、最稳定的摩擦系数(～0.05)，可作为在水润滑条件下使用的钛基表层金刚石薄膜结构使用。　　对钛基超细晶金刚石薄膜结合力进行系统研究后发现:随着金刚石/碳化硅复合过渡层中碳化硅含量的增加，薄膜的结合力出现先提高后下降的趋势。当碳化硅含量为15％和50％时，薄膜的结合力最优;而当碳化硅含量为70％以及引入纯碳化硅过渡层时，薄膜的结合力相反出现下降。分析发现复合过渡层中碳化硅含量的增加导致钛和过渡层之间生成大量热膨胀系数高于纯钛的TiSi2相，最终导致结合力下降。通过对碳化硅含量均为50％但金刚石晶粒尺寸不同的复合过渡层进行对比发现，当金刚石晶粒尺寸较小时，薄膜结合力反而下降，分析表明纳米金刚石/碳化硅复合过渡层中碳化硅分布更不均匀且界面处生成更多降低结合力的TiC和TiSi2相。对纯钛及其上生长的超细晶金刚石薄膜进行摩擦磨损性能研究发现:超细晶金刚石薄膜表层结构大幅降低纯钛表面的摩擦系数和磨损率并最终获得了适合在水润滑条件下使用的结合力良好的钛基超细晶金刚石薄膜。