HA(羟基磷灰石)具有良好的生物活性,成分与人体骨骼成分相近,是目前公认的生物性能最佳的陶瓷材料,能够与人体骨骼形成稳定的化学结合,因此广泛应用于钛合金的表面改性中。本研究针对钛合金骨科植入体的应用需求,以CaHPO4.H2O和Ca CO3混合粉末为原料,采用预置法在钛合金表面激光熔覆,原位合成HA(羟基磷灰石)涂层。探索两种原始粉末比例,同时优化激光功率、扫描速度等工艺参数,制备成型良好的表面HA功能层。优化后的工艺参数为激光功率350W,扫描速度0.001m/s,Ca/P比2:1。涂层为连续均匀的乳白色半透明状物质,在基体表面均匀铺展,无明显缺陷。采用XRD、SEM、EDS等技术分析了不同工艺参数下获得生物涂层的微观组织。在最优工艺参数下得到的涂层组织主要为:大量块状及网状HA、少量Ca Ti O3及Ti P。涂层与基体结合良好,在结合面附近,由涂层到基体的过渡依次为HA+Ca Ti O3→Ti P→Ca Ti O3→TC4+Ti P→TC4。因此,由涂层到基体的过渡中存在几种物相的过渡层,有效的缓解了应力集中现象,是一种很好的冶金结合。在激光熔敷过程中,涂层中原位合成HA,基体中Ti原子进入涂层,形成少量Ca Ti O3;涂层中的P元素也会进入基体形成Ti P。这种互相扩散能使得涂层与基体形成良好的冶金结合。但是此过程对工艺参数非常敏感,热输入的增加容易导致涂层中P元素全部进入基体形成Ti P,在涂层中留下Ca Ti O3及Ca O等相,使得涂层中难以合成HA。采用显微硬度计分析涂层与基体硬度,结果显示涂层硬度接近1000HV,在涂层与基体的结合面附近硬度值为1500HV,而基体内部接近300HV。激光熔敷的快速冷却过程中涂层与基体的线膨胀系数差异导致的。但是由结合面处进入母材深处的过程中,硬度值缓慢降低,有效地缓解了裂纹倾向。利用润湿角测量仪测量常温下模拟体液在涂层及母材表面的接触角,结果显示涂层表面润湿角明显小于基体表面润湿角,表明涂层有效的改善了钛合金基体的表面润湿性。在模拟体液中浸泡了1周,2周,3周后,涂层表面沉积物的变化经历了四个阶段:颗粒状→疏松的网状结构→聚拢的网状结构→块状表面球形结构。浸泡实验证实了涂层具有很好的诱导模拟体液中钙离子及磷酸氢根离子在其表面沉积形成HA结晶的能力,这种能力为成骨细胞在涂层表面合成骨骼组织提供了基本条件。采取动物体内植入实验进一步分析涂层的生物活性。研究结果显示,HA涂层能诱导成骨细胞在其表面的生长,形成致密的骨基质组织,其中的成骨细胞呈旺盛的生命状态。研究表明HA涂层具备很好的生物活性。