对于在较软的铝合金基体上沉积硬质膜,由于基体与膜的成分及性能间存在较大的差异,致使膜基结合力较差,很容易导致保护涂层的失效。与类金刚石碳膜相比,含有TiC相和a-C:H相的复合膜具有较低的内应力,且随膜中Ti元素含量的变化,膜的成分结构及性能,特别是力学及摩擦学性能发生较大的改变。在一定成分下其硬度远高于TiC膜的硬度,而在另一定成分下膜的摩擦学特性大为改善,其摩擦系数甚至可接近于非晶碳膜的摩擦系数。本文在国家自然科学基金项目“铝合金表面多层膜结构与力学性能关系的研究”(No.50271004)的资助下,对于碳化钛和非晶碳相形成的TiC/a-C:H复合膜进行了研究,围绕着钛含量的改变对于TiC/a-C:H膜的成分、结构的影响,对不同钛含量情况下膜的力学及摩擦学性能进行了详细地分析和讨论;同时对在铝合金基体上沉积TiC/a-C:H膜的膜基结合力进行了研究,并采用离子注入的方法来改善TiC/a-C:H膜与铝合金基体的结合力,取得了良好的效果。采用反应磁控溅射的方法在铝合金LY12基体上沉积TiC/a-C:H膜,乙炔作为反应气体,通过改变乙炔气体的流量来调整膜的成分,从而制备了一系列具有不同钛含量的TiC/a-C:H膜。在沉积TiC/a-C:H膜的同时,分别采用了不同的基体偏压,以研究偏压对于膜的结构及性能的影响。在X射线光电子能谱(XPS)和掠射角X射线衍射仪(GAXRD)对膜的成分及结构分析中发现,在TiC/a-C:H膜中碳除了和钛结合生成TiC相外,主要以氢化非晶碳相(a-C:H)形式存在;随着沉积时乙炔气体流量的增加,膜中的钛含量降低,而膜中的a-C:H相的相对含量却随之增加;随着钛含量的降低,膜中的TiC相的晶粒的尺寸减少;而随着偏压的增加,TiC晶粒出现明显的(111)择优取向,晶粒尺寸也随偏压的增加而减小。Raman光谱分析表明偏压还导致了a-C:H中的sp3键的含量在一定程度上有所增加。本文还重点对在不同条件下制备的TiC/a-C:H膜的力学性能进行了研究。当钛的含量在39at.%～46at.%的范围内时,膜的硬度及弹性模量有明显的增强现象,而且基体偏压对于膜的硬度增强现象也有明显的影响。根据Veprek提出的超硬膜的概念,膜中晶相的晶粒尺寸,包围晶粒的非晶相的厚度及性能对于膜的力学性能有重要的影响。晶粒尺寸和根据模型计算出的晶粒间a-C:H相的厚度,即晶粒分离尺寸在一定范围内时,膜的硬度和弹性模量具有明显的增强现象,分别可达42GPa和350GPa左右。采用摩擦磨损仪结合SEM对TiC/a-C:H膜的摩擦学特性进行了分析,结果表明TiC/a-C:H膜的摩擦学特性与膜的成分直接相关。在钛含量较低的情况下(小于11.9 at.%),表现为明显的类似于非晶碳膜的摩擦学特性,具有较低的摩擦系数和磨