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为了消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面成功地制备了梯度生物陶瓷复合涂层,并在以下几个方面开展了研究工作。以热力学和动力学的研究结果为指导,通过宽带激光熔覆工艺参数对生物陶瓷复合涂层组织形貌及烧结性影响的研究,确定最佳工艺参数为:宽带激光输出功率P=2. 5kW,扫描速度V=150mm/min,光斑尺寸D=16 mm×2mm;通过对瞬态温度场的数值模拟,给出了温度场的分布。结果表明,即使在熔覆的最后阶段即t=11. 6s时,熔池的最高温度(1919℃)也低于含HA生物陶瓷涂复合涂层理论计算的热力学温度(1927℃)。从而验证了最佳工艺参数下可以获得含HA的生物陶瓷复合涂层。研究发现,Y2O3含量影响着生物陶瓷复合涂层中HA及β-TCP的形成,随着Y2O3的增加,复合涂层中HA+β-TCP的含量逐渐增加,当Y2O3含量处于0. 4-0. 6wt.%范围时,复合涂层中HA+β-TCP的含量最大,当Y2O3含量为0. 8wt.%时,其合成HA+β-TCP的数量反而下降。并对Y2O3含量对催化合成活性钙磷基磷灰石相数量进行了讨论。运用XRD、SEM、EDS、EPA现代微观分析技术,系统地研究了梯度生物陶瓷涂层的组织结构,结果表明,涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层三个层次,各层的结合界面处无裂纹,且界面呈犬牙交错的组织结构。合金层中基底组织为Ti(Al,P,Fe,V),白色的共晶组织为Fe2Ti4O+AlV3,白色颗粒状组织为Al3V0. 333Ti0. 666。生物陶瓷涂层中基底组织为CaO+CaTiO3+HA,灰色颗粒相为α-TCP和β-TCP,白色颗粒相为TiO。生物陶瓷涂层表面形成的类珊瑚礁和短杆堆积结构,将会增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物活性。力学性能研究结果表明,宽带激光熔覆的梯度生物陶瓷复合涂层与钛合金基体的结合强度在38. 8 MPa以上。Y2O3含量为0. 6wt.%时,生物陶瓷层和合金化层的显微硬度值均达到最大,分别为1062HV0. 1和1405HV0. 4。生物陶瓷复合涂层试样平均拉伸强度为767. 83MPa,平均弯曲强度值为1671. 65 MPa,涂层弹性模量平均值为13. 98GPa,与人体致密骨的弹性模量相当接近。添加Y2O3的梯度生物陶瓷涂层的断裂韧性值在3. 89-6. 46 MPa·m1/2之间,表明具有良好的强韧