覆层附着性是评定覆层零件性能及其使役可靠性的核心问题,膜基结合力测量是覆层附着性评价的主要方法。针对划痕试验中软膜硬基体系的膜基结合力难以量化,划痕形貌和膜基结合力关系不完全清楚的难题,本文采用闭合场非平衡高功率调制脉冲磁控溅射（Modulated Pulsed Power Magnetron Sputtering,MPPMS）技术,在 Si（100）基体上沉积厚度0.2～1.7 μm的Cu薄膜,研究溅射气压0.11 Pa～0.70 Pa,靶基距离75 mm～150 mm条件下沉积Cu/Si（100）薄膜的结构和力学性能。采用划痕法测量起裂载荷LC1、边缘破裂载荷LC2、局部剥落载荷LC3和剥落载荷LC4四个临界载荷,描述Cu/Si（1 00）薄膜失效行为。利用有限元模拟计算划痕过程中压头与膜基协同响应的力学特征,研究薄膜力学性能对薄膜应力分布、塑性变形、接触力响应和应变能的影响,建立薄膜应力场与临界载荷的量化关系,揭示划痕法软膜硬基体系膜基结合力评价方法的物理本质。在低溅射气压、近靶基距离条件下,SEM和TEM观察表明,高离化率和低离子能量特征的MPPMS技术沉积的面心立方结构Cu薄膜,具有（111）择优取向,结构致密,纳米尺度晶粒均匀,硬度和弹性模量较高。随溅射气压和靶基距离增加,薄膜由短粗向细长柱状晶转变,（111）择优取向变强,且表面裂纹增多,硬度和弹性模量逐渐降低。弧长法测量的薄膜残余拉应力相应增加,后因表面开裂导致残余应力部分释放而降低。划痕试验中,溅射气压0.11 Pa,靶基距离100 mm沉积的纳米晶Cu薄膜具有高膜基结合力,LC1为9.40 N,LC2为10.95 N,LC3和LC4因薄膜未明显剥落均超过试验加载载荷最高值,即30N。高溅射气压、远靶基距离的薄膜,临界载荷LC1～LC4均相应降低。利用Abaqus有限元软件模拟计算Cu/Si（100）薄膜划痕行为,针对划痕所具有的微尺度、大塑性变形和摩擦接触特点,采用密布优化划分网格并使用ALE网格自适应划分（Arbitrary lagrangian eulerian adaptive meshing）技术进行建模,界面摩擦系数μi采用划痕实验边缘破裂载荷即LC2位置的摩擦系数,计算的摩擦力-加载曲线与实验测量的曲线一致。划痕法测试的Cu/Si（100）薄膜存在与临界载荷LC1～LC4对应的三个典型应力集中区,分别为划痕压头正下方A区、与A区相邻的压头周围B区,及与B区相邻的压头斜前方两侧的C区。LC1对应于B区最大主拉应力达到最大值的加载位置,LC2则与C区最大主拉应力极值超过B区的加载位置对应,LC3和LC4分别对应于C区最大主拉应力和A区最大主压应力达到最大值的加载位置。且A、B、C区的最大主应力呈振荡变化,伴随A区出现压头后方周期性半圆形痕迹、B和C区出现压头两侧周期性波浪状痕迹。薄膜材料的屈服应力、弹性模量和残余应力影响作用解释了划痕试验中划痕破坏行为和临界载荷的变化。根据有限元模拟计算Cu/Si（100）薄膜划痕过程中划痕两侧边缘周期性波浪状痕迹和划痕中央的周期性圆弧状痕迹,表明划痕边缘周期性波浪状痕迹由压头周围薄膜材料的应变能周期性积聚释放所致,发生了“粘阻-攀移-滑移（stick-climb-slip）”的特征过程,周期性圆弧状痕迹与薄膜的圆弧状von Mises应力分布相关。计算模拟Cu/Si（100）薄膜划痕过程中塑性变形的波动状态变化与划痕试验结果的变化规律相符。