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本文分别通过过渡族元素Ti、Cr掺杂及C掺杂，缓解非晶碳（a-C）薄膜及TiN、CrN薄膜的内应力；增加膜基间粘附强度；提高薄膜硬度；并系统地研究了过渡族元素Ti、Cr掺杂量对a-C薄膜及C掺杂量对TiN、CrN薄膜成分、结构、力学性能、水环境中摩擦学及模拟人体体液中电化学性能的影响；探讨了薄膜结构变化与摩擦机制之间的内在联系：1）采用非平衡磁控溅射制备了不同Ti掺杂量的Ti/a-C薄膜。当Ti靶电流为0.5A时，低含量的Ti以固溶体形式存在于Ti/a-C-0.5薄膜中，晶格畸变效应使薄膜的硬度提高至27.5GPa，缩短a-C薄膜的磨合距离并降低摩擦副的磨损率；而当Ti靶电流提高至1~2A时，类金属Ti和TiC颗粒形成并分布在a-C基材中，打断a-C薄膜中碳网的连续性，导致硬度下降至15~17.5GPa，且TiC颗粒的磨粒作用使Ti/a-C-1、Ti/a-C-1.5、Ti/a-C-2薄膜与SiC及Al2O3球在水中对磨时发生剥落失效。而Si3N4球水合反应生成的润滑膜和SUS440C球氧化反应生成的氧化物粘附在薄膜表面，使得Ti/a-C-1、Ti/a-C-1.5、Ti/a-C-2薄膜保持完好。2）采用非平衡磁控溅射制备了不同Cr掺杂量的Cr/a-C薄膜。当Cr靶电流为0.5~2A时，Cr/a-C薄膜中均形成了类金属Cr或碳化铬颗粒，打断了a-C薄膜碳网的连续性，使薄膜的硬度下降至11.6~13.7GPa。具有较好韧性的Cr/a-C-0.5薄膜缩短了a-C薄膜的磨合距离并降低摩擦副的磨损率；而当Cr靶电流为1~2A时，碳化铬颗粒易发生水合反应生成氧化铬，在对磨过程中氧化铬作为磨粒主导了磨损机制，无论对磨件为何种材料，均使Cr/a-C-1、Cr/a-C-1.5、Cr/a-C-2薄膜发生了剥落失效。3）采用非平衡磁控溅射制备了不同C含量的TiN(C)薄膜。由于a-CNx相的存在，使TiN(C)薄膜的硬度提高至27~32GPa，然而随着C掺杂量的提高，TiN(C)薄膜中逐渐形成a-C相，使得薄膜硬度呈线性下降趋势；因SiC、Si3N4球水合反应生成的润滑膜，TiN、TiN(C1)、TiN(C2)、TiN(C3)薄膜与之对磨时显示较低的摩擦系数且保持完好，而TiN(C4)薄膜由于硬度过低发生磨穿失效；Al2O3球的高硬度及稳定性，使TiN(C)薄膜与之对磨时都发生磨穿失效；而SUS440C球在水中容易发生粘着磨损，增大了摩擦界面的粗糙度，导致摩擦系数高且不稳定。4）采用非平衡磁控溅射制备了不同C含量的CrN(C)薄膜，随着C掺杂量的提高，薄膜中逐渐形成了a-CNx及碳化铬晶相。后者在对磨过程中易发生水合反应，生成具有磨粒作用的Cr2O3，因此当CrN(C)薄膜与高硬度的SiC及Al2O3球对磨时，CrN(C)薄膜均发生磨穿失效；由于Si3N4球在水中易发生水合反应，生成具有润滑效果的氧化硅胶状膜，保护了CrN(C1)薄膜，而CrN(C2)、CrN(C3)、CrN(C4)薄膜中较多的碳化铬生成的Cr2O3磨粒打破了氧化硅胶状膜的保护作用，使薄膜发生磨穿失效；类似的，SUS440C在水中易发生氧化反应，生成的氧化物粘附在薄膜表面，保护了CrN(C1)薄膜，而CrN(C2)、CrN(C3)、CrN(C4)薄膜同样发生磨穿失效。5）Ti/a-C及Cr/a-C薄膜在模拟人体体液中均能起到保护316L不锈钢的作用。随着Ti掺杂量的提高，Ti/a-C薄膜中sp2键含量提高，增加了薄膜的导电性，且薄膜致密度下降，导致薄膜呈现逐渐削弱的电化学特性，而随着Cr掺杂量的提高，Cr/a-C薄膜中sp3键含量提高，增加了薄膜的绝缘性，促使薄膜呈现逐渐增强的电化学特性；CNx相的生成，使TiN(C1)、TiN(C2)、TiN(C3)薄膜在模拟人体体液中表现出优于316L不锈钢的抗腐蚀特性，而TiN薄膜稀疏的表面形貌及TiN(C4)薄膜中高含量的a-C，削弱了其在模拟人体体液中的抗腐蚀特性。类似的，CrN、CrN(C1)、CrN(C2)、CrN(C3)薄膜因其致密的表面形貌及氧化铬钝化膜，在模拟人体体液中表现出优于316L的抗腐蚀特性，而CrN(C4)薄膜中高含量的a-C，削弱其在模拟人体体液中的抗腐蚀特性。