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针对镁、铝等高活性金属表面所制备碳基减摩镀层结合性差的弱点，使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术，通过改变镀层结构和沉积参数，由基体表面离子清洗、金属(Me)中间层、Me/C过渡层和工作层金属素掺杂等涂层制备过程探讨了获得具有高结合性能的梯度碳基镀层的途径;使用TEM和XPS等分析测试方法表征了膜基界面微观结构和界面成分的变化规律，分析了离子清洗的作用机理并确立出了最佳离子清洗工艺;研究了以Cr为中间层的GLC梯度镀层界面结构随基片偏压的演变过程;通过对膜基、层间界面微观结构的分析，研究了金属中间层与基体的相互作用机制和金属掺杂对碳基镀层结构和力学性质的影响，研究结果表明: (1)镁、铝基体对离子轰击的承受能力具有较大的差异性;300V/20min和400V/30min分别为镁、铝基体的最佳离子清洗工艺，300V/20min离子清洗的镁基体具有最高的临界载荷，其膜基界面残留一层仅有几纳米厚的致密非晶氧化物层，这对于提高膜基结合具有重要作用;400V/30min离子清洗的镁基体氧化物污染层被完全清除，形成了Mg/Cr直接接触界面，强化了结合，然而由于高能离子轰击所致的高生长应力和热应力，致使膜基结合强度不但没有提高，反而明显减小;400V/30min离子清洗的铝基体表面氧化物污染层被完全清除，形成了Al/Cr直接接触界面，此工艺下的膜基结合强度最高。 (2)基体负偏压对以Cr为中间层的GLC梯度镀层的微观结构具有明显的调控作用;偏压促使Cr中间层与Cr/C过渡层的非晶界面区中出现了Cr的结晶，Cr晶粒的尺寸和生长方向随偏压的增大而变化;偏压促使Cr/C过渡层和GLC层界面区中出现了非晶碳和富Cr粒子的分离。偏压提高了Cr/C过渡层和GLC层的致密性，在偏压为95V时，GLC层的部分非晶碳出现了石墨化。-65V偏压下沉积的GLC镀层具有最好的力学性能和最低的内应力。 (3)金属中间层与镁、铝基体间形成了三种界面形式，以Al作为中间层时，在Al中间层与镁基体之间新生成了Al12Mg17和Al3Mg2金属间化合物层，而Al中间层与铝基体之间则形成了外延式生长;以Cr、Zr、W作为中间层时，与镁、铝基体之间的界面结构特征都是由离子轰击引起的物理混合界面;外延式界面和化合物界面赋予了镀层更高的膜基结合强度，在物理混合界面下，镀层的结合强度主要受镀层内应力的影响;与铝基体相比较，镁基体上镀层的结合强度更易受到镀层内应力的影响。 (4)Me/C过渡层的结构对镀层整体结构具有重要影响，Cr/C和Zr/C过渡层形成了非晶团簇结构，W/C过渡层形成了W/非晶碳的纳米多层结构，而Al/C过渡层则形成了由Al晶粒、Al4C3相和非晶碳组成的复合结构;Cr/C、Zr/C和W/C过渡层能够阻挡工作层中的碳向金属中间层的扩散，而Al/C过渡层则不能，扩散到Al中间层的碳与Al反应生成了Al4C3相。 (5)在金属掺杂GLC镀层中，当石墨靶电流IC为1.5A、金属靶电流IMe为0.2A时，金属原子Cr、Al、Zr、W所占的原子百分比分别为3.0、1.43、0.97和9.52at％，表现出离化率和沉积率的巨大差异。Al和Zr掺杂的GLC镀层为纯非晶结构，而Cr掺杂的GLC镀层形成了富Cr纳米粒子嵌入非晶碳中的复合结构;W掺杂GLC镀层形成了WC/非晶碳的纳米多层结构，部分非晶碳出现了石墨化;Cr和W金属的掺杂提高了GLC镀层的硬度和弹性模量。