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类金刚石（DLC）薄膜具有高硬度、良好的化学稳定性、低摩擦系数等一系列优点而受到广泛关注。但由于制备技术的限制,导致薄膜存在内应力高和韧性低等缺陷,从而制约其实用化发展。本论文以选择性金属元素掺杂类金刚石薄膜技术为主导,以降低薄膜内应力、改善薄膜韧性为目的,利用阴极电弧沉积技术制备了单元素Ti掺杂（Ti-DLC）和Al元素掺杂（Al-DLC）复合薄膜,分析了不同键合特性的金属元素对DLC薄膜的微观结构和力学性能的影响。在此研究基础上制备出双元素N-Ti共掺（N,Ti）-DLC和N-Al共掺（N,Al）-DLC复合薄膜,探索了不同制备工艺及参数与双元素共掺DLC复合薄膜的微观结构、成分、表面形貌和力学性能之间的联系,并在该研究基础上得出最佳工艺条件。研究结果表明:（1）利用阴极电弧沉积技术在单晶硅（100）基体上制备了纯DLC薄膜和Ti-DLC、Al-DLC复合薄膜。通过与纯DLC薄膜对比发现:薄膜中掺入金属元素影响了薄膜的微观结构、表面形貌和力学性能。Ti和Al元素掺入薄膜后促进了C-sp2杂化键团簇的增长,薄膜内应力得到有效释放,表面粗糙度增加,薄膜的硬度降低,但Al-DLC复合薄膜硬度降低程度高于Ti-DLC复合薄膜。（2）利用离子源辅助阴极电弧沉积技术在单晶硅（100）基体上制备了六组不同工艺条件下的（N,Ti）-DLC复合薄膜。研究了N元素掺入方式（原子氮N2、离子氮N+）、直流阴极靶电流、脉冲阴极弧放电频率分别对DLC复合薄膜微观结构和成分、表面形貌、硬度和内应力的影响。选择氮离子（N+）作为N元素掺入方式会促进N与C-sp3杂化键结合形成N-sp3C键,制备的薄膜表面粗糙度较低、颗粒尺寸细小;脉冲频率和靶电流会改变激发出的等离子体能量密度,当C等离子体能量密度较高（脉冲频率较低）并且Ti等离子体能量密度低（靶电流较小）时,制备的薄膜C-sp2杂化键团簇尺寸变大且排列较为有序。随着脉冲频率和靶电流的增加,薄膜内应力呈现先增大后减小趋势。采用原子氮（N2）作为N元素掺入方式,脉冲频率和靶电流为（10 Hz,80 A）时,制备的薄膜内应力最低为0.6 GPa。（3）利用离子源辅助阴极电弧沉积技术在单晶硅（100）基体上制备了五组不同工艺参数下的（N,Al）-DLC复合薄膜。选用离子氮（N+）作为N元素掺入方式,通过改变直流阴极靶电流、脉冲阴极弧放电频率可以调控（N,Al）-DLC复合薄膜的微观结构和成分,优化薄膜的力学性能。脉冲频率和靶电流为（3 Hz,80 A）时,薄膜内Al单质颗粒增韧相含量较高,划痕裂纹扩展阻力（CPRs）和塑性指数（H3/E2）最高,薄膜表现出较高的韧性。