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轻金属及其合金在微电子机械系统中具有广泛应用,本文对其润滑进行了一系列的研究。在铝、钛金属薄膜和铝、镁、钛及钛合金上制备自组装分子膜,使用接触角测量仪、原子力显微镜对改性的表面进行表征,使用摩擦力显微镜和微摩擦磨损试验机对试样在纳米尺度和毫牛尺度下的摩擦学特性进行测试,分析了紫外照射、滑动速度、载荷对试样的摩擦学特性的影响。水解的自组装分子与金属表面的羟基缩合形成Si-O-M键,同时水解的自组装分子与相邻的分子发生缩合反应形成Si-O-Si键。不同的基底采用不同的羟基化方法,即金属薄膜采用紫外照射的方法,镁、铝金属采用碱液结合紫外照射的方法,钛及钛合金采用短时间的Piranha溶液结合紫外照射的方法。最佳的成膜溶液浓度为0.015 ml/L,吸附时间为12 h。自组装分子膜改性的轻金属（薄膜）及其合金的表面平整均匀,呈现出良好的疏水性,摩擦学特性显著改善。在纳米尺度下,改性铝薄膜表面的摩擦力随滑动速度和载荷的增大而增大;钛金属薄膜表面的摩擦力随滑动速度的增大而增大,基底粗糙度较小时,随载荷的增大而增大,基底粗糙度较大时,随载荷的增大而减小。在毫牛尺度下,改性表面的摩擦力均随滑动速度和载荷的增大而增大。试样的耐久性随滑动速度和载荷的增大而减小。5 min的紫外照射可有效改善改性表面的表面状态,接触角变大,表面能变小,表面更加均匀,摩擦系数降低,但耐久性略有下降。15 min的紫外照射破坏了自组装分子膜的网状结构,减弱了自组装分子膜的润滑效应,摩擦系数增大,改性表面也由疏水变为亲水。其机理为:在紫外照射条件下氧气发生光化学反应形成氧原子,氧原子和微量的水发生反应形成羟基,羟基和烃发生夺氢反应形成硅烷的烃自由基,同时硅烷的烃自由基会发生β-scission裂解形成较短链的自由基。在钛薄膜上制备OTS、FOTS、APS、MPS自组装分子膜,发现四种自组装分子膜的摩擦力大小依次为:OTS＜FOTS＜APS＜MPS,OTS自组装分子膜的摩擦力最小,这是由于OTS自组装分子的末端官能团-CH3的化学活性最小。四种自组装分子膜的耐久性依次为:FOTS＞OTS＞APS＞MPS,FOTS自组装分子膜的耐久性最好,这是由于FOTS自组装分子与基底之间的化学吸附能最大,因此能更好地同基底结合,增强其耐久性。在镁、铝、钛、钛合金基底上制备OTS自组装分子膜,发现OTS自组装分子膜改性的镁基底的摩擦学特性最好,这是由于四种基底中镁的化学性质最活泼,易于同OTS自组装分子发生键合反应,形成致密的润滑膜。运用分子动力学模拟的方法计算自组装分子与金属之间的化学吸附能的大小依次为:MPS＜APS＜OTS＜FOTS,FOTS自组装分子与基底的化学吸附能最大;自组装分子与Si3N4之间的物理吸附能的大小依次为:OTS＜FOTS＜APS＜MPS,MPS对Si3N4的物理吸附能最大。这一结果可以很好地解释不同改性试样的摩擦特性和磨损耐久性。