纳米复合结构和纳米多层结构不仅具有超硬特性,而且还能够改善韧性、提高耐摩擦性和耐腐蚀性,是耐磨和防腐领域中综合性能优异的理想材料结构。射频磁控溅射沉积的Al203薄膜具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀、高温稳定性好等优异的性能而深受关注。然而实际经验表明,Al₂O₃属于本征脆性材料,易发生脆性破损剥落而失效,从而使其在机械领域的应用受限。Al薄膜具有优良的延性且粘附性好,能承受较大的拉伸或冲击变形。但是通过真空蒸发、溅射沉积等方法制备的Al膜存在孔洞、裂纹等微观缺陷,限制了其在腐蚀防护领域的应用。可见,Al膜和Al₂O₃膜之间存在明显的性能互补性。因此本课题通过直流和射频磁控溅射相结合的方法制备Al-Al₂O₃复合膜和多层膜,采用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电镜、场发射扫描电镜、纳米压痕仪、材料表面性能测试仪、电化学工作站和微小力试验机对薄膜的成分、结构和性能进行表征和测试。Al₂O₃靶功率恒定,通过调节Al靶功率制备不同Al含量的Al₂O₃基Al增强Al-Al203复合膜,对复合膜的成分、结构和形貌进行表征,研究了不同Al含量对复合膜的膜基结合力、硬度和耐摩擦磨损性的影响。研究结果表明,不同Al含量的复合膜均呈较强的Al（111）择优取向,Al₂O₃相以非晶形式存在,Al-Al₂O₃复合膜为晶体和非晶体相互夹杂的复合结构。Al相的加入使Al-Al₂O₃复合膜中非晶态的Al₂O₃颗粒细化,表面粗糙度减小。但是随着Al相含量的增加（Al靶功率的增大）,Al晶粒尺寸增大,复合膜的表面粗糙度增大。由于软相Al的加入和小尺寸效应的共同作用,不同Al含量的Al-Al₂O₃复合膜的硬度均高于纯Al₂O₃膜,膜基结合力和耐摩擦磨损性能明显改善。其中,Al相含量为47.8%的复合膜膜基结合力最好,Al相含量为35.3%的Al-Al₂O₃复合膜的综合性能最佳,硬度达到14.4 GPa,平均摩擦系数低至0.15。Al靶功率恒定,通过调节Al₂O₃靶功率制备不同Al₂O₃含量的Al基Al₂O₃增强Al-Al₂O₃复合膜,对复合膜的成分、结构和形貌进行表征,研究了不同Al₂O₃含量对复合膜的膜基结合力和耐腐蚀性能的影响。研究结果表明,不同Al₂O₃含量的复合膜也呈晶态—非晶态复合结构。非晶态Al₂O₃阻断了 Al相的柱状生长,并填补了 Al相中存在的微观缺陷,使Al-Al₂O₃复合膜的具有优异的耐腐蚀性能,其中Al₂O₃含量为56.8%复合膜的腐蚀电流密度Icorr为0.0016 mA/cm2,该值相比纯Al膜降低了一个量级。通过双靶交替沉积制备不同调制比Al/Al₂O₃多层膜,对多层膜的微观结构和表、截面形貌进行表征,研究了不同调制比Al/Al₂O₃多层膜的拉伸性能和耐腐蚀性能。研究结果表明,Al/Al₂O₃多层膜中的Al层具有Al（111）择优取向,Al₂O₃层呈非晶态。多层膜呈现出良好的调制结构,调制比越小,多层膜的表面越致密,界面越平整。Al/Al₂O₃多层膜的屈服强度σ0.2与调制比呈反比。其中Al层厚度和多层膜的层间界面都是影响多层膜屈服强度的因素。Al/Al₂O₃多层膜的延性与调制比呈正比。这主要是Al层塑性变形对微裂纹的抑制作用和多层膜的层间界面共同作用的结果。Al/Al₂O₃多层膜的耐腐蚀性能随调制比的增大而降低。这主要取决于Al/Al₂O₃多层膜表面Al₂O₃层、Al层和Al₂O₃层之间的界面对腐蚀介质的阻碍作用。