钛合金作为目前广泛应用的人体骨骼置换材料，具有比强度高，无毒，耐腐蚀及生物相容性好等优点。同时，钛合金存在着一些急需解决的问题：在生理环境及负载条件下，钛合金由于其硬度低，反复摩擦产生大量含有Ti、Al和V元素的黑色磨屑。这些磨屑可以导致置换关节松动，甚至失效，磨屑积聚在人体关节中易扩散造成病变。近30多年发展起来的分子自组装技术给解决该问题提供了一条有效的途径。本文针对钛合金耐磨损性能不足的问题，并结合碳纳米管具有高抗拉强度、良好柔韧性、高承载能力以及优异自润滑性能等特点，利用稀土元素特殊的物理化学性质，通过化学反应及吸附原理以稀土镧离子作为连接介质将碳纳米管自组装到钛合金表面，制备了具有优异摩擦学性能的3-氨基丙基-三乙氧基硅烷碳纳米管（APTES/MWNTs）自组装复合薄膜。通过研究发现：这种薄膜在摩擦副间形成了自润滑层，显著地提高了摩擦副的承载能力，从而增强了钛合金的耐磨损性能。本文取得了以下研究结果：第一，采用分子自组装技术在羟基化的钛合金基片表面成功制备了硅烷碳纳米管复合薄膜。探讨了各种动力学因素对该薄膜制备的影响，确定了制备硅烷碳纳米管复合薄膜的最佳工艺参数。结果表明，稀土改性碳纳米管悬浊液的pH为5-6，稀土浓度为0.6wt％时组装的硅烷碳纳米管复合薄膜性能最优。第二，运用原子力显微镜（AFM）测定了薄膜组装过程中基片表面粗糙度的变化。利用接触角测定仪测量了薄膜组装过程中基片接触角的变化，运用扫描电子显微镜（SEM）观察了薄膜的表面形貌，并使用X射线光电子能谱仪（XPS）测定了薄膜不同组装阶段表面典型元素的特征峰，研究了硅烷碳纳米管复合薄膜的自组装机理。结果表明，稀土元素可以吸附碳纳米管表面的羧基中的氧，并且同时与有机硅烷表面的磷酸基团配位反应，从而碳纳米管能够紧密联接在有机硅烷表面。第三，运用多功能摩擦磨损试验机(UMT)测试了宏观条件下硅烷碳纳米管复合薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：硅烷碳纳米管复合薄膜表面摩擦系数小，约为0.11～0.14，磨损寿命达12000次。利用分子自组装技术，结合稀土镧离子对氧族元素较强的亲和力，本论文首次在钛合金表面制备出硅烷碳纳米管复合自组装薄膜。采用AFM测量组装过程中薄膜表面粗糙度的变化，揭示薄膜的组装进程；采用XPS测定薄膜表面典型元素的存在状态及化合价变化，揭示硅烷碳纳米管复合薄膜组装过程的化学原理，并结合接触角测定仪测定的接触角数据，进一步阐明薄膜的组装机理。利用UMT测定了硅烷碳纳米管薄膜的摩擦系数随着组装工艺参数及试验参数的变化规律与磨损形式，拓宽了碳纳米管及稀土的研究领域。