镁合金被誉为21世纪最有前途的绿色工程材料，但镁合金零部件存在腐蚀失效、磨损失效以及动态磨蚀问题限制了其应用。针对这些问题，本文提出“基体结合层/腐蚀绝缘层/中间承载层/顶部耐磨层”功能梯度薄膜设计思路，并采用仿真模拟和实验手段对其力学性能进行研究。这对镁合金表面耐磨与耐腐蚀功能一体化薄膜的结构设计与制备以及镁合金零部件实际工程应用都具有重要的现实意义。首先建立了纳米压痕测试和微柱压缩有限元分析模型，阐明了分析计算方法。采用纳米压痕有限元模拟计算了在不同压深时基体的弹性模量和硬度并与实验对比，初步验证了模型的有效性，并预测了内部应力、应变场的演变规律；研究了不同尺寸的基体微柱在压缩载荷下的应力应变响应，发现基体微柱屈服应力随直径增大而减小，存在明显的尺寸效应。其次，采用纳米压痕有限元模拟与实验分析了功能薄膜各分解结构的力学参数。结果表明，镁合金引入功能梯度薄膜后其表面硬度与承载能力提高10倍以上，功能梯度薄膜吸收了压入过程的大部分能量，对基体起到了很好的防护作用；由于受到基体的影响，仿真和实验所测各样品的弹性模量和硬度都存在尺寸效应。再次，对功能梯度薄膜进行微柱压缩仿真分析。结果表明，位错差异使得微圆柱在压缩过程中表现为“越小越强”；截面为正方形的微柱在压缩过程中与微圆柱应力应变响应基本类似，棱角处形状的突变使立方柱在界面处存在应变集中；无基体时微柱屈服应力大于基体屈服应力而且应力分布更加集中。最后，制备了功能一体化薄膜并对其进行组织性能检测与分析。成分检测和截面扫描结果表明，复合处理技术制备的薄膜符合设计要求；微观组织观察进一步揭示了其成分、结构、性能之间的关系；纳米压痕和原位微柱压缩实验获得了样品的弹性模量、硬度、卸载后的残余变形、抗压强度以及屈服应力等参数，验证了仿真结果的正确性。