薄膜技术是一种常用的表面处理工艺,通过在基体表面制备出一层具有特殊物理、化学特性的薄膜材料,增强基体的性能,满足使用的需要。薄膜的制备工艺直接影响着薄膜各项性能,同种材料不同工艺制备出的薄膜,其性能也具有明显差异。在薄膜材料的各项性能中,力学性能直接关系到薄膜材料的实际应用和使用寿命,所以对薄膜力学性能的检测非常重要。在力学性能中,硬度和膜基结合性能是薄膜材料力学性能检测中被关注最多的。其中,硬度反应了薄膜材料表面抵抗外界硬物压入的能力,对材料的耐磨性能影响显著；薄膜与基体的结合性能直接关系到薄膜材料的使用寿命,是能否在实际中应用的前提。本文首先对课题的背景和研究现状进行了介绍,并简单的介绍了常用的薄膜材料力学性能测量方法,详细的叙述了纳米压入硬度测量方法。然后就课题组采用等离子表面合金化技术在316L不锈钢基体表面制备的Ti、TiN和Ti02薄膜的力学性能进行了测试分析。采用连续刚度法,对所制备试样从表面和截面方向上分别进行纳米压痕实验,得到不同方向上三种薄膜与基体材料的载荷、硬度和弹性模量随压入深度变化的曲线。对比研究了不同方向上三种薄膜和基体材料的力学性能,均呈现明显的各向异性。三种薄膜材料在不同方向上的硬度均高于316L不锈钢基体。其中TiN薄膜具有最好的力学性能,Ti和Ti02两种薄膜在表面方向上测得的硬度和弹性模量数值相近,在截面方向上二者硬度和弹性模量随压入深度变化曲线近似平行。最后,采用ANSYS有限元分析软件,选择双线性强化材料模型,构造二维压痕实验模型,预先估计材料的参数,采用位移控制加载方式进行大量模拟。结合量纲分析的方法,分析模拟结果,建立无量纲函数,带入实验测试结果,计算求出在实验条件下,薄膜材料的应力应变关系。利用推导出的材料参数再次模拟,结果与实验曲线吻合较好。改变模拟加载方式,采用力加载控制方式模拟,通过分析界面层上切应力状况,定性判断TiN薄膜与基体的结合性能明显好于Ti薄膜,分析结果与划痕实验相符。