在原有材料上涂上一种新的材料或复合材料涂层,可以大大改进基体材料的表面性能甚至具有基体材料所不具备的新功能。涂层可以提高基体材料的使用性能和寿命。由于纳米材料在力、电、声、光、热和磁等方面具有许多特性,纳米材料的出现对涂层的发展提供了前所未有的机遇,将使复合涂层的功能特性得到大幅度提升。随着涂层技术的广泛应用,人们对涂层应用的可靠性和使用寿命提出越来越高的要求,而涂层与基体的结合性能在很大程度上决定了涂层应用的可靠性和使用寿命,是发挥涂层作用的基本条件,也是涂层制造过程中普遍关心的问题,因此,无论是作为电子电路用涂层、装饰性涂层、保护性涂层,还是工业上的耐磨涂层,足够强的界面结合力是保证涂层经久耐用的重要因素。界面的损伤会导致涂层体系的过早破坏。目前使用最广泛的一种测量涂层/基体结合强度的方法是划痕法。划痕试验中涂层/基体系统的应力分布是用于控制涂层/基体系统的行为和破坏形式的重要参数之一。然而,复杂的加载条件、压头与涂层的摩擦、涂层和基体的非线性弹塑性行为等等的存在,很难让数值分析和实验得到的涂层中和涂层/基体界面上的应力分布一致。目前还没有充分正确的理论模型来预测移动压头在涂层材料中所产生的应力。只能通过数值模拟来分析非线性模型划痕试验中的应力分布。涂层的内应力也是决定涂层的稳定性和使用寿命并影响其性能的重要因素,而且内应力也会限制膜的制备厚度。试验发现,残余内应力主要是由于沉积过程中材料发生相变引起的。目前,对于涂层相变的研究还不够成熟,且没有一种比较明确的方法可以从宏观上来清楚的描述相变的体积变化。本文对单一的软涂层、硬涂层以及汽车多层涂层,在考虑涂层/基体界面破坏、涂层和基体的损伤情况下,分别进行了划痕试验的数值模拟；采用PCVD方法,在Si基体上沉积DLC薄膜,并定义相变系数α来研究相变引起的材料变形,并将有限元模拟的结果与试验结果进行对比；对有、无纳米涂层的树脂基复合材料的表面性能进行纳米划痕试验,以讨论纳米颗粒材料对提高复合材料表面性能的贡献,并对汽车涂层进行纳米改性实验,以讨论纳米颗粒材料对于汽车油漆改性后的力学性能。取得了以下主要成果：1.用拉伸试验方法得到汽车油漆涂层的弹性模量和极限强度等力学性能参数的第一手原始资料。在考虑涂层/基体界面破坏、涂层和基体的损伤情况下,分别对单一涂层的软涂层、硬涂层以及汽车多层涂层进行了划痕试验的数值模拟。获得了涂层/界面结合强度、损伤的发生发展和涂层失效方式等重要参数。将有限元模拟的结果与试验结果进行对比,临界载荷与试验结果吻合良好。2.采用PCVD方法,在Si基体上沉积DLC薄膜,定义相变系数α来描述这一过程中相变引起的体积变化,薄膜内残余应力主要是由相变造成的；薄膜内残余应力的大小由相变系数和薄膜材料的弹性模量共同影响。当α×E的值越大时,材料对应的残余应力越大。3.在树脂基复合材料试件表面涂覆纳米涂层可以大大提高试件的硬度和抗划能力。在对油漆材料进行纳米改性时,偶联剂的作用是非常明显的。在添加纳米颗粒的同时加入偶联剂会使材料的力学性能有明显的增强。