羟基磷灰石和钛合金是目前医学上应用最为广泛的人工骨替代材料，但是羟基磷灰石的抗拉强度小、韧性较低，在动载环境中易失效，而钛合金不能诱导骨生长，在植入人体后会释放出金属离子，可能会对人体造成伤害。为了综合这两种材料的优点，人们将羟基磷灰石喷涂在钛合金表面，形成了具有良好生物活性的钛基羟基磷灰石涂层。传统制备羟基磷灰石涂层的方法主要有等离子喷涂法、火焰烧结法和电化学方法等，但是这些方法在制备涂层时温度较高，羟基磷灰石处于熔融状态，会使其发生分解，产生新的物质，降低了涂层的生物活性。作为新型的喷涂方法，冷喷涂以其独特的优势，在近些年得到了快速的发展。在冷喷涂过程中，加工温度较低，使羟基磷灰石在固态的形式下与基板结合，能够避免羟基磷灰石的相变问题。本文采用数值模拟的方法对喷涂过程和涂层残余应力进行了分析，并进行了涂层的制备，对涂层的性能进行了检测。对冷喷涂过程中羟基磷灰石颗粒在高速下撞击基板的过程进行了仿真分析，重现了喷涂过程，并描述了碰撞过程中颗粒与基板的变形及应力情况。通过正交试验分析表明，对碰撞结果影响最大的因素是颗粒速度，其次是喷涂温度和颗粒直径。并采用单因素实验来分析不同的工艺参数对碰撞过程的影响，颗粒速度越大，颗粒与基板碰撞时变形越明显，冲击应力也越大；当喷涂温度升高时，冲击应力逐渐增大，但当温度超过350℃以后，冲击应力开始下降。分析了钛基羟基磷灰石涂层的结合机理。涂层的形成并不是一种结合机理的作用，羟基磷灰石颗粒与基板的结合是靠颗粒冲击后的堆积作用，主要是机械结合；后续颗粒与涂层的结合是靠颗粒的冲击不断的压实涂层，主要是微锻机制在起作用。涂层内存在的残余应力会导致涂层出现裂纹、脱落和翘曲等现象，影响了涂层的性能。采用有限元法对涂层的残余应力进行了模拟。分析了涂层厚度和喷涂温度对涂层残余应力的影响，结果表明，随着涂层厚度和喷涂温度的增加，涂层内的径向应力、轴向应力和剪切应力都相应增大。径向压应力和轴向压应力的增大有利于涂层底部的结合，但剪切应力的增大使涂层容易出现剪切断层破坏。采用自行研制的设备进行了涂层的制备，并对涂层的性能进行了检测。采用三坐标测量机对涂层厚度进行了测量，结果表明，随着气体压力和喷涂时间的增加，涂层厚度也在逐渐增大；随着喷涂距离的增加，涂层厚度逐渐增大，当喷涂距离超过临界值时，涂层厚度急剧下降；喷涂温度的变化对涂层厚度没有影响。对涂层进行了XRD衍射实验和扫描电镜实验，分析了涂层的物相和表面形貌。涂层中的羟基磷灰石没有发生相变反应，避免了热喷涂中羟基磷灰石的分解问题，能够较好的保留涂层的生物活性。涂层中存在许多微小的裂纹，气体压力的增加会减少涂层内的裂纹和涂层脱落情况，喷涂温度的增加会使涂层结合的更加致密，有利于提高涂层的结合强度。