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类金刚石薄膜(DLC)拥有高硬度,低摩擦、耐腐蚀等性能,已经应用于机械刀具、模具、汽车发动机部件等领域。但由于制备技术的限制,导致DLC存在残余应力较高、膜/基结合力差、摩擦性能不稳定、大面积均匀制备困难等问题。线性阳极离子束技术具有等离子体离化率高、大面积均匀沉积等特点,是制备高性能DLC薄膜的理想技术。针对DLC与基体结合性能较差的现状,本文首先从添加合适过渡层(W)匹配膜/基适应性出发,探讨W过渡层厚度对DLC薄膜物相、机械力学、摩擦学性能的影响。在此基础上,通过不同工艺W过渡层结构设计,研究其对膜/基性能的影响。为改善金属基体沉积DLC薄膜的工业化应用,根据不同类型过渡层性能的对比,优化过渡层设计,制备出膜/基结合强度高、机械性能良好的DLC复合薄膜,并在四种不同硬度的金属基体上,研究了复合薄膜的界面机械及摩擦学性能。采用线性阳极离子束技术,制备了添加不同厚度W过渡层的DLC薄膜,研究表明:过渡层沉积速率稳定,膜/基界面结合较好。随着W过渡层厚度的上升,DLC膜中C-C sp3含量呈现先增加后降低趋势,硬度与弹性模量也出现了相同的变化规律。在过渡层厚度为351nm时,薄膜硬度最高,达到27.4GPa。过渡层的引入,匹配膜/基界面的适应性,缓解了热膨胀系数差异,使内应力从未添加W过渡层时的3.24GPa降至1.89GPa。同时膜/基结合力伴随着过渡层厚度变化而存在最佳值,当厚度为351nm时,结合性能达到最大值为70N,相比于未添加过渡层的50N提高了40%。摩擦系数具有相似的变化趋势,摩擦系数和磨损率分别为0.15和2.5×10-8mm3/(N·m)。在薄膜整体厚度不变的条件下,制备了四种不同过渡层结构类型(单层W过渡层、W-C掺杂过渡层、双层W过渡层、三层W过渡层)的DLC薄膜,并探讨了DLC薄膜的力学、摩擦学性能指标。研究表明:单层W过渡层时,薄膜硬度最高为27.5GPa,与W-C掺杂过渡层DLC硬度相比提高了13%。随着过渡层层数的增加,硬度出现小幅度降低,残余应力也逐渐降低,由单层时的1.89GPa下降到0.85Pa。通过研究薄膜的断裂韧性和结合性能后发现,三层W过渡时,薄膜韧性、结合性能最佳,达到了6.44 MPam1/2和85N,同时,摩擦系数和磨损率分别为0.11、4.2×10-9mm3/(N·m)。最后,在四种常用金属材料基体上沉积了多层复合过渡DLC薄膜。研究分析发现:基体硬度是影响膜/基结合性能的重要因素,与膜/基结合力呈现出正相关。在干摩擦与油润滑环境下,研究了不同基体上的DLC薄膜的摩擦学特性。结果表明:在不同硬度基体上,设计的多层复合薄膜的摩擦性能不同,随着基体硬度的升高,摩擦系数下降。硬质合金基体DLC薄膜表现出最佳的摩擦性能,干摩擦条件下的摩擦系数为0.14,磨损率2.1×10-8mm3/(N·m),而在油润滑的条件下,摩擦系数在0.08,磨损率显著降低,为6.3×10-10mm3/(N·m)。