随着人类对生命质量的要求越来越高，体内置换的各类人工关节会越来越多，精度要求也越来越高，如此庞大的市场需求，使得承担颈椎关键功能的人工颈椎间盘关节假体材料必须具有极高的可靠性保障。目前临床上使用的假体材料仍以钛合金（Ti6Al4V）为主，其具有优良的抗腐蚀性能，对MRI、CT的干扰较小，扭转、轴向强度更接近骨骼，但耐磨性较差。本文采用离子注入层与类金刚石（DLC）薄膜耦合的技术对钛合金进行表面改性处理，研究不同条件下改性后的组织结构及其摩擦学性能。不同能量的碳离子注入到钛合金后，在其表面检测到的元素有C、N、O以及Ti元素。当碳元素的注入剂量较高时，试样表面有TiC的存在，这使得改性后的硬度得到提高，且离子注入能量较大时，薄膜更光滑致密。增大射频功率，通入气源CH4和H2，成功的在离子注入Ti6Al4V基体表面沉积了一定厚度的DLC薄膜。薄膜表面比较平整，薄膜由微粒组成，膜微粒细小，呈现出均匀排列、相对致密的微突起形貌特征，表面没有裂纹产生。通过对类金刚石薄膜中C1s结合能谱峰进行Guass面积积分拟合，发现制备的类金刚石薄膜中sp3C的含量达59%。经纳米力学测试，试样的硬度在10GPa以上，且随着离子注入能量的增大，硬度逐渐增大。球-盘滑动摩擦实验中，改变载荷，DLC膜处理的Ti6Al4V合金与未处理的Ti6Al4V合金相比，具有低的摩擦因数。未处理的Ti6Al4V合金在滑行过程中产生犁削，和塑性变形，磨损严重，DLC膜处理的Ti6Al4V合金主要发生疲劳剥落磨损。在较小的载荷下，离子注入与DLC膜耦合的摩擦系数较低，沿着磨损方向有犁沟，但是磨损不太严重。当载荷较大时，碳离子注入能量越大，耦合试样表现出的摩擦学性能越优异。球-窝扭动摩擦实验中，Ti6Al4V合金的T-θ曲线是由椭圆形向平行四边形渐变的一个过程，相应的扭动微动运行状态也由部分滑移转变成完全滑移。当扭动微动处于部分滑移区时，接触面的扭动运动由两接触体的弹性变形来协调，接触表面处于粘着状态，几乎没有相对滑移，磨损以黏着磨损为主。扭动微动运行在混合区时，相对运动不能完全由弹性变形协调，导致发生塑形变形，损伤加重，磨损以疲劳磨损为主。扭动进入完全滑移区后，材料表面损伤非常严重，并有大量磨屑堆积，磨损以磨粒磨损为主。