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在钛合金（Ti6Al4V）基体上利用等离子喷涂制备羟基磷灰石（HA）涂层,使之具有钛合金基体良好的力学性能和HA涂层的优异的生物活性,是目前最具应用前景的人工关节植入体材料。但在应用中存在着界面结合强度不高、HA涂层受到冲击载荷作用容易从基体中脱落的问题,从而降低了人工关节植入体的使用寿命。因此,改善HA涂层的性能,提高其结合强度和抗冲击性能,对生物植入体材料的研究具有重要意义。利用有限元软件模拟不同成分结构的涂层在受到冲击载荷作用后表面应力的变化情况。在此基础上,在钛合金基体表面利用等离子喷涂技术分别制备了纯HA涂层、HA/ZrO2双层涂层和HA/50wt%ZrO2+50wt%HA/ZrO2梯度涂层（分别记为H1涂层、H2涂层和H3涂层）。利用SEM,XRD和粘结拉伸试验等手段对不同组分、结构的HA涂层的微观形貌、物相组成、涂层结合强度、界面结构等性能进行表征分析。利用模拟体液浸泡试验对涂层的生物活性进行了研究。通过落球冲击试验研究了三种涂层的抗冲击载荷性能,分析了不同结构的HA涂层在冲击载荷下的破坏形式。本文的主要工作和成果如下:（1）由计算机模拟结果可知,在涂层厚度相同的情况下,梯度结构能够降低涂层表面受到冲击载荷后的Mises应力值,且涂层层数越多,Mises应力值越小。梯度涂层还可以有效减缓HA涂层和钛合金基体之间的应力突变。而在相同梯度涂层中,涂层内部应力及表面应力随涂层厚度的增加而增加。依据模拟结果,综合考虑实际应用等因素,实验优选总厚度为0.3mm的三层HA梯度涂层为最优涂层设计结果,由基体往上各层成分分别为100wt%ZrO2、50wt%ZrO2+50wt%HA、100wt%HA。（2）等离子喷涂制备出的HA涂层表面较为均匀,HA颗粒铺展良好,然而涂层表面也分布着些许孔洞和没有融化的颗粒。H1、H2和H3涂层的截面形貌都呈现出明显的分层梯度结构,涂层内部分布着数量不同的孔洞和凹坑。其中,H3涂层截面显示其表面HA层与中间过渡层的结合界面不是非常明显,两者之间的微观结构相对均匀和紧密,没有出现较为明显的微小裂纹;中间过渡层与基体的结合界面相互交错,两者之间达到优良的机械咬合。（3）从H1、H2和H3涂层XRD结果可以看出,H1涂层表面检测出的物相大部分是HA,而H2和H3涂层中的HA的衍射峰强度低于ZrO2,涂层中的ZrO2则是以立方相的形式存在的。同时三种涂层中也都检测出了少量的α-TCP和β-TCP。涂层的孔隙率随着ZrO2梯度层的增加而逐渐减小,而结合强度却呈递增趋势,H1、H2和H3涂层内部的孔隙率依次是13.7%、10.6%和9.3%;结合强度分别为13.92MPa、20.46MPa和24.37MPa。各涂层拉伸断口分布着阶梯状区域和光滑区域两种形貌。随着ZrO2梯度层的增加,断口中阶梯状区域越来越少。（4）HA梯度涂层在模拟体液中浸泡一定的时间之后,其表面出现白色颗粒状物体,通过EDS测试可知白色颗粒状物体含有大量的钙、磷等元素,这说明磷HA梯度涂层表面开始出现磷灰石,证明了HA涂层的生物活性并没有受到ZrO2影响。（5）对H1、H2和H3涂层在相同条件下进行冲击试验,记录涂层开始破坏时的钢球下落次数,结果三层HA梯度涂层的抗冲击次数最多,而纯HA涂层的冲击次数最少,说明三层HA涂层比其它两种涂层的抗冲击性能好。这与有限元模拟结果相符;梯度涂层在一定厚度范围和相同的冲击条件下涂层越厚脱落越严重,与模拟结果相符。通过对涂层冲击破坏后的微观形貌观察可知,有过渡层的涂层脱落较少,破坏主要是由于涂层在冲击载荷多次作用下,涂层内部应力变大导致的涂层分层片状剥落。无过渡层的涂层脱落较严重,破坏主要是由于冲击载荷作用下涂层受剪应力作用,发生脆性断裂明显,说明与无过渡层的涂层相比,有过渡层的涂层具有更强的抗冲击能力。涂层在受到冲击载荷的作用下,梯度涂层均表现出纵向冲击涂层脱离,横向裂纹扩展。冲击试验与模拟结果相符,能为人工关节植入体材料的应用提供理论指导意义。