在常规金属中,铝兼具耐热性,机械性,电气性和耐腐蚀性,这使其在许多工业应用中具有重要意义。但是,由于铝材料固有的柔软性,其抗侵入及摩擦性能差,限制了其潜在的应用。石墨烯具有强度高、质量轻、表面积大的优点,因此可作为一种新型润滑添加物,用以保护和增强铝的表面性能,降低其摩擦损耗,提高铝材料在工业应用中的使用范围。因此,本文选择石墨烯涂层铝材料作为研究对象,应用分子动力学方法从纳米压痕和纳米划痕两部分研究了其力学性能。在纳米压痕模拟中,首先建立了单晶铝（Al）及单、双层石墨烯涂层铝（Gr/Al）的压痕模拟模型,研究了Al在球形压头下的压痕性能,并对其压痕力学行为进行分析,同时在相同条件下对Gr/Al进行模拟,以探究压痕作用下Gr涂层对Al基体性能的影响。结果发现,Gr涂层显著增强了Al基体的负载能力,并且延迟了Al塑性行为的开始,提高了接触刚度和弹性能力。其次,通过对压痕过程中材料变形行为及内部应力的分析,发现Gr的面内拉应力对压头的运动有很大的阻力,并且Gr涂层扩大了下方Al基体的承载范围,使得有更多的Al原子参与受力,提高了基体承载力。可见,Gr提高Al基体压痕性能的主要原因是Gr涂层的自身的“托举作用”和对Al基体承载面积的大幅提升。然后,通过对压痕过程中材料内部位错扩展情况进行分析,发现Gr涂层使得Al中原本应该扩展到自由表面的位错转而向材料内部扩散,使得大量位错原子充斥整个基体。可见,Gr提高Al基体压痕性能的另一个主要原因是Gr涂层改变了Al基体中位错的运动机制。最后,通过对比单、双层Gr涂层下Al基体压痕性能的异同,发现增加Gr层数可以提高整个系统的承载能力,但降低了系统的临界压深。在纳米划痕模拟中,与压痕研究相同,首先建立了单晶铝（Al）及单、双层石墨烯涂层铝（Gr/Al）的划痕模拟模型,同时在相同条件下对Al和Gr/Al进行纳米划痕模拟,以探究划痕作用下Gr涂层对Al基体性能的影响。结果发现,Gr涂层的加入可以大幅降低Al基体的摩擦系数,显著提升了其摩擦性能,同时发现Gr手性对摩擦性能影响不大。其次,通过对划痕稳定阶段压痕力及划痕力随划痕长度的变化规律进行分析,发现Gr涂层并不能直接降低摩擦力,而是通过大幅提升材料对法向力的承载能力来实现对摩擦性能的提升的。然后,通过对不同压深下两种基体法向力、摩擦力及摩擦系数进行分析总结,发现Gr/Al基体的法向力对压痕深度表现出明显的线性特征,Al基体的法向力对于压痕深度的变化则不敏感,而两种基体的摩擦力及摩擦系数均与压痕深度呈一定的线性关系。最后,经过对比单、双层Gr涂层下Al基体的的摩擦性能,发现双层Gr可以进一步减小摩擦系数,但是增加Gr层数同样无法直接降低基体所受的摩擦力,而是与Gr涂层增强单晶Al划痕性能有着相同的增强机制。