物理气相沉积（PVD）技术制备的类金刚石碳基（DLC）薄膜作为一种固体润滑材料,以其优异的机械和摩擦学性能而被广泛研究和应用。然而,由于薄膜与金属基体之间的刚度差异大,导致沉积在金属基体上的硬质DLC薄膜的承载能力较差。在高载荷滑动磨损服役过程中,金属基体的塑性变形导致DLC薄膜起皱和塌陷并最终失效,这种失效形式被称为“蛋壳效应”。上述效应会降低DLC薄膜在高载工况下的摩擦学性能,严重制约其在苛刻工况下的使用。在薄膜与金属基体之间引入一层由超音速火焰喷涂（HVOF）工艺制备的兼具高硬度和高模量的金属陶瓷中间层可以显著提升薄膜在高载滑动磨损工况中的承载能力,使接触应力梯度过渡,从根本上解决膜/基界面刚度、结构及应力不匹配的问题,提高DLC薄膜的机械和摩擦学性能,并延长DLC薄膜的服役寿命。本文基于DLC薄膜和Cr3C2-Ni Cr涂层性能优势协同的设计思路,利用PVD和HVOF技术制备不同中间层组分配比（其中Cr3C2含量分别为20wt.%、35wt.%、50wt.%、65wt.%和80wt.%）的DLC/Cr3C2-Ni Cr复合涂层,研究了不同中间层组分配比的复合涂层的结构、机械性能和摩擦学性能,从而确定Cr3C2-Ni Cr中间层的最佳组分配比。在此基础上,又进一步探究了具有最佳组分配比中间层的厚度（分别为25、50、100、150和200μm）对DLC/Cr3C2-Ni Cr复合涂层机械性能和摩擦学行为的影响,并基于赫兹接触的有限元模拟,揭示复合涂层的结构对承载过程中应力分布的影响,以确定最佳的中间层厚度,实现复合涂层的结构及性能优化。此外,围绕接触应力对复合涂层摩擦学行为的影响,深入探究了高载荷摩擦磨损过程中复合涂层膜层之间的协同作用机制。通过结构设计实现DLC/Cr3C2-Ni Cr复合涂层中DLC薄膜与Cr3C2-Ni Cr中间层之间材料、结构及应力的匹配。主要研究结果如下:具有不同中间层组分配比的复合涂层的结构、机械性能和摩擦学性能的分析测试结果表明:DLC薄膜与Cr3C2-Ni Cr中间层结合良好。DLC薄膜的表面粗糙度、孔隙率、硬度、承载能力、结合强度以及耐磨性均随着中间层中Cr3C2含量的增加而显著增大。中间层Cr3C2含量为80wt.%的复合涂层兼具优异的机械性能(硬度1198.1 HV0.3)和摩擦学性能(磨损率2.05×10-8mm3/N·m),故确定中间层的最佳组分配比为80wt.%Cr3C2和20wt.%Ni Cr。然而,由于该类复合涂层的粗糙度较大,导致其摩擦系数较高,约为0.18。通过实验分析和有限元模拟研究了金属陶瓷中间层的厚度对DLC/80wt.%Cr3C2-Ni Cr复合涂层的结构、机械性能和摩擦学行为的影响。结果表明:与单一DLC薄膜相比,复合涂层的承载能力和摩擦学性能显著提升,尤其是在10 N载荷下的耐磨性比单一DLC薄膜提高近10倍。其中,中间层厚度为100μm的复合涂层的综合性能最优异。有限元模拟结果表明,合适厚度的80wt.%Cr3C2-Ni Cr中间层的存在将应力集中限制在其内部,并使应力集中区域远离膜层的结合界面,从而提高复合涂层的耐久性。此外,合适的中间层厚度会增大复合涂层的接触应力,从而加剧DLC薄膜的石墨化程度,使薄膜的自润滑效果得到充分发挥,提高复合涂层的摩擦学性能。在复合涂层结构及性能优化的基础上,实验研究了高载荷摩擦过程中DLC薄膜与80wt.%Cr3C2-Ni Cr中间层的协同作用机制,从碳质转移膜形成和保持的角度分析了金属陶瓷中间层对复合涂层摩擦学行为的影响。结果表明:金属陶瓷中间层的存在不仅可以加剧DLC薄膜的石墨化,还能促进石墨化碳质转移膜的形成并使其稳定地保持在对偶球表面。在20 N高载荷下,复合涂层的耐磨性能相较于单一DLC薄膜提高了近6倍。复合涂层摩擦过程中形成的碳质转移膜能够在干燥、高滑动频率和高载荷等苛刻工况下稳定地保持在对偶球表面,这是复合涂层在苛刻工况中实现低摩擦和磨损的关键因素。