钛合金（Ti-6Al-4V）基体上附着具有生物活性的羟基磷灰石（HA）涂层,综合利用基体的强度和HA涂层的生物活性,被认为是最具应用前景的承重骨替换材料。金属基体和HA物理和化学性能的差别,造成涂层和基体结合强度低,是影响这类材料广泛应用的主要原因。本文对钛合金基体等离子喷涂HA复合涂层的结合强度进行研究。对影响HA复合涂层结合强度的主要工艺参数进行均匀设计试验,得出喷涂HA顶层的优化工艺参数;对不同厚度的HA复合涂层进行结合强度、显微硬度以及孔隙率对比分析,并采用ANSYS软件对涂层残余应力进行分析模拟。钛合金基体上等离子喷涂HA顶层的关键喷涂工艺参数:喷涂距离、喷涂电流、主气流量、辅气流量作均匀试验。对试验结果进行回归分析,利用DPS得到的回归方程为:式中: X₁为喷涂距离; X 2为喷涂电流; X₃为主气流量; X₄为辅气流量。根据它们的相关系数,得出各参数对HA复合涂层结合强度Y的影响大小依次是:X₃ X₄ > X₁ X₂> X₄²>X₁> X₁ X₃。采用优化后的工艺参数喷涂HA复合涂层,测得结合强度为40.5MPa、显微硬度为4.5GPa、孔隙率为7%。涂层各方面性能均比优化前有了较大幅度的提高。系统地研究了HA复合涂层结合强度、显微硬度、孔隙率与厚度的关系,研究结果表明:涂层厚度增加,结合强度减小;涂层厚度增加,显微硬度随之减小;涂层厚度增加,孔隙率增加。建立了模拟HA复合涂层残余应力的数学模型,通过模拟得出:HA顶层与Zr02粘结层界面处的径向应力,随着径向尺寸的增加,由中心区域较大的压应力向拉应力转变。剪切应力在中心区域附近很小几乎为零,但在外围部分剪切应力迅速增大,最大值出现在界面的边缘。轴向应力,在中心区域附近为微小拉应力,随着半径的增大,拉应力迅速转化为压应力。改变涂层厚度可以改变界面应力水平,但不改变各应力的分布形态。50%HA+50%Zr02中间层能够降低涂层内部的最大径向应力。