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由于非晶碳(a-C)膜具有高化学惰性、良好的生物相容性及优异的摩擦磨损性能,在改性Ti6A14V合金关节头具有应用潜力。然而,其高内应力、低韧性、低承载能力及低膜基结合力等缺点制约了其实际应用。本文探究了非晶碳膜的改性方法,对非晶碳基纳米复合膜及纳米多层膜进行了比较,对a-C:TM/a-C纳米多层膜进行了优化(TM=Ti,Ta,Zr),并对新型ZrN/Zr/a-C纳米多层膜进行了探究。此外,本文还对文中的非晶碳基纳米多层膜进行了生物学分析。1)具有纳米结构的非晶碳基薄膜相对于纯非晶碳膜具有更高的硬度及韧性。在Hank’s溶液中摩擦测试发现,在低载荷时,非晶碳基纳米复合膜及纳米多层膜均具有低摩擦系数及低磨损率;而在高载荷时,非晶碳基纳米复合膜出现部分破损,纳米多层膜仍然保持着优异的摩擦磨损性能。此外,两者在Hank’s溶液中均具有优异的耐腐蚀性能,没有显著差异。2)成功通过工业级闭合场非平衡磁控溅射成功制备了具有不同Ti掺杂量的a-C:Ti/a-C纳米多层膜。通过研究Ti掺杂量对薄膜结构及性能的影响,发现当Ti掺杂量在22%左右时,薄膜具有最高的硬度25.2 GPa、低内应力-0.55 GPa、高结合力80N、且在空气及Hank’s溶液中具有优异的摩擦磨损性能。3)偏压及占空比对a-C:Ti/a-C纳米多层膜的组织结构、机械性能、摩擦性能及电化学性能具有显著影响。增大偏压及占空比可导致薄膜中sp2杂化态碳含量增加。通过偏压及占空比的调控可对a-C:Ti/a-C纳米多层膜的性能进行优化。4)a-C:Ta/a-C及a-C:Ti/a-C纳米多层膜在Hank’s溶液中具有优异的腐蚀摩擦性能,例如在腐蚀摩擦测试中,a-C:Ta/a-C纳米多层膜具有低磨损率(7.6×10-17m3 N-1 m-1)的同时,腐蚀电流没有出现明显增高。纳米多层膜腐蚀摩擦性能的提升主要与其纳米多层结构相关。5)设计并制备了新型ZrN/Zr/a-C纳米多层膜,对其结构与性能进行了探究。Zr纳米单层的引入可以显著降低薄膜的内应力并提高ZrN纳米单层与a-C纳米单层的结合强度。ZrN/Zr/a-C纳米多层膜在小牛血清中具有优异的摩擦磨损性能,在2N载荷下摩擦距离超过8500m后,薄膜仍保持0.1左右的摩擦系数及1～2×10-17m3N-1m-1的磨损率;而在边界载荷(接触应力超过1GPa)条件下,薄膜仍具有0.15的低摩擦系数及4.7×10-17m3N-1m-1的低磨损率。6)采用ZrN/Zr/a-C纳米多层作为中间层,a-C层作为顶层,通过对中间层及顶层的厚度比进行优化,可以获得同时具有优异机械性能及摩擦磨损性能(小牛血清中)的a-C-ZrN/Zr/a-C纳米多层膜。7)对本文中的非晶碳基纳米多层膜进行了生物学分析,发现薄膜具有无细胞毒性、无潜在的基因毒性、无致敏反应、无全身急性毒性及亚慢毒性,通过植入实验证明薄膜对骨组织没有排异反应。本文中的非晶碳基纳米多层膜具有良好的生物相容性。