超高分子量聚乙烯（UHMWPE）凭借其优异的化学稳定性、耐冲击性、耐摩擦磨损性能和良好的生物相容性得到了广泛的应用，是常用的临床人工关节臼杯材料。但是UHMWPE硬度较低，容易在磨损过程发生损伤导致炎症发生。非晶碳（a-C）薄膜凭借其在力学、光学、声学、热学、电学、生物化学等方面优异的性能广泛应用于航空航天、生物医学、机械制造、集成电路等领域，是常用的表面改性手段之一。本文在UHMWPE表面制备a-C薄膜，通过对a-C进行结构和成分设计降低a-C薄膜本征内应力，协调a-C薄膜与UHMWPE基体间的物理化学性质差异，减小在沉积和服役过程中由于局部热应力和应力集中造成的形变差异，提高薄膜和基体结合强度。通过研究薄膜的断面形貌、表面粗糙度、原子键合结构等薄膜微观组织，测试其膜-基结合力、薄膜表面硬度、摩擦系数等机械性能，并从机理上分析了微观组织和宏观性能的内在联系。　　本研究采用非平衡磁控溅射技术在UHMWPE表面制备出约1000 nm的偏压梯度a-C薄膜，薄膜保持较高表面硬度和结合强度，表面硬度由UHMWPE基体的46 MPa增加到改性后的2.162 GPa，在空气中与Si3N4对磨的体积磨损率由3.97×10?15 m3 N?1 m?1下降到1.95×10?15 m3 N?1 m?1，a-C薄膜与镀碳膜Si3N4球对磨表明碳-碳对磨可以加速摩擦过程中石墨自润滑转移层的形成，大幅降低了其磨损率。通过对锆掺杂过渡层进行成分设计，制备出厚度约为1300 nm的锆掺杂过渡层a-C薄膜，锆掺杂可对a-C薄膜微观结构起到调节作用，掺杂后生成的锆碳化物在降低薄膜内应力、提高膜-基界面结合强度的同时维持了薄膜较高的表面硬度。通过锆掺杂a-C薄膜改性，UHMWPE的表面硬度增加到2.832 GPa，在空气中与Si3N4对磨的体积磨损率由3.97×10?15 m3 N?1 m?1下降到1.97×10?15 m3 N?1 m?1，碳-碳对磨将其磨损率降低到1.17×10?15 m3 N?1 m?1。在Hank’s溶液中其磨损率进一步降低。考虑到人工关节的体液润滑和UHMWPE的塑形变形，其磨损率还将有进一步的降低。UHMWPE的机械性能、摩擦学性能都大幅提升。