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类金刚石(Diamond-like Carbon，DLC)膜是一种同时含有sp3键和sp2键的非晶碳膜，具有硬度高、耐磨性好、热导率和电阻率高、耐腐蚀等优点，在机械、腐蚀、光学、电学等领域有着广泛的应用。但DLC膜内很高的压应力容易导致涂层从基体上剥落，使涂层失效。研究表明，向DLC中掺杂其他元素，或制备多层结构，可以有效缓解薄膜内的残余应力。其中，多层结构可以从单层成分、周期数、单层厚度比等方面对薄膜性能进行调控，如提高韧性和结合力、改善力学及摩擦学性能等。 本文采用磁过滤与普通电弧相结合的技术分别从薄膜组织结构、表面截面形貌、沉积速率等方面对CrN层、DLC层和(Cr，N)-DLC层的沉积工艺参数进行了优化。然后以CrN层为过渡层，通过改变DLC层的基体偏压大小来使不同结构的DLC层与优化后的(Cr,N)-DLC层匹配组合制备(Cr,N)-DLC/DLC交替多层膜。系统研究了周期数和单层厚度比的变化对(Cr,N)-DLC/DLC多层膜结构和性能的影响，并由Stoney公式推导出一般多层膜和交替多层膜内残余应力的计算公式，通过相应的多层膜体系对其进行验证;研究了应用该公式预测多层膜内残余应力的可行性。 对于DLC层，基体偏压从100V上升至600V，离子能量升高，膜内sp3键含量下降，残余压应力也从5.35 GPa下降至1.28 GPa。在(Cr, N)-DLC层内，C、Cr、N和O四种元素的原子含量百分比分别为61％、19％、17％和3％。(Cr,N)-DLC层以DLC非晶相为主同时包含一些纳米尺寸的小晶粒。Cr和N的共掺有效地降低了DLC的残余应力，(Cr,N)-DLC层的残余压应力为0.99 GPa。 制备的(Cr,N)-DLC/DLC多层膜总厚度约2μm。对于周期数为5、单层厚度比为1∶1的(Cr，N)-DLC/DLC交替多层膜，其弹性恢复We值随DLC层内sp3键含量的下降而上升，说明多层膜的韧性可以通过改变DLC单层内sp3键的含量进行调控。多层膜与基体间的高临界载荷均在50 N以上。各多层膜的磨损率均在10-7 mm3/Nm的数量级内;其中，500 V偏压下沉积的DLC层与(Cr,N)-DLC层组合得到的多层膜磨损率最低，为1.47×10-7 mm3/Nm。 多层膜内单层厚度比为1∶1，周期数从5上升到10、15和20时，表面粗糙度先升高后下降，周期数为15的多层膜粗糙度最大。摩擦实验中，各多层膜的平均摩擦因数与表面粗糙度呈现一定的相关性:周期数为15的多层膜，平均摩擦因数最大，为0.24。随周期数的增加多层膜的磨损率近似线性增加，从2.45×10-7 mm3/Nm上升到3.81×10-7 mm3/Nm。周期数增加，界面强化效应增强，多层膜强度提高;但内部大颗粒的量也增加，缺陷增多，薄膜质量下降。因此周期数增加，多层膜的硬度、弹性模量、弹性恢复We值和弹性回复率R均先升高后保持稳定。周期数变化时，各多层膜与基体间的高临界载荷均在50N以上。 多层膜内周期数为10，(Cr,N)-DLC层与DLC层的厚度比从1∶1上升到2∶1、4∶1时，由于(Cr,N)-DLC层占比增大，多层膜表面粗糙度升高。厚度比2∶1时多层膜硬度最大为22.85 GPa;弹性恢复We和弹性回复率R均随厚度比增加而下降，说明多层膜的韧性逐渐下降，高临界载荷也从64.1 N下降到40.5 N。厚度比从2∶1升高到4∶1后，多层膜内缺陷增多，磨损率上升了一个数量级，从3.45×10-7 mm3/Nm上升到1.23×10-6 mm3/Nm。 为了研究多层膜的残余应力与单层数量的关系，设定薄膜-基体系统的弹性模量和泊松比近似等于基体的弹性模量和泊松比，由Stoney公式可以推出多层膜内的残余应力等于内部各单层残余应力的权重平均值。对于交替型多层膜，当内部各单层的厚度确定后，其残余应力为一定值，不会随着周期数的增加而变化。通过沉积在Si片或其他基体上的单层膜来预测多层膜的残余应力时，由于膜-基界面与膜-膜界面的差别会产生一定的误差，本文中最大误差约10％。但该方法仍可以帮助科研人员预测多层膜的残余应力，优化实验方案，设计出更合理的多层结构，改善薄膜性能，提高实验效率。