具有良好生物相容性、接近人体骨密度特性和耐腐蚀性能等优异特性的生物医用材料在人工假体等植入性医疗器械领域具有重大需求。近年来,具备上述优点的钛合金材料作为人工关节植入物已逐步应用于临床医学。然而,普通的钛合金在长期工作后出现摩擦磨损,且缺乏有效持久活性功能,这严重影响了人工关节的使用寿命。因此,减少人工关节间的摩擦磨损、提高其使用寿命成为当前植入性医疗器械领域的研究热点。由于具有相对优良的耐磨损特性及接近人体骨骼的弹性模量,钛钽合金有望成为人工关节替代材料,并得到了研究人员的广泛关注。在人工关节表面设计功能性微织构将有助于润滑液持续向关节表面定向输运,从而解决钛钽合金人工关节表面摩擦磨损问题。然而,对于适用的钛钽合金的表面织构的研究开发及其表面润湿特性仍缺乏深入的理论分析和试验研究。为了探究钛钽合金表面织构在摩擦润滑方面的应用特性,本文通过分子动力学方法构建描述钛钽合金固体基底相互作用的势函数并进行验证分析,借助仿生蜘蛛丝的集水定向输运机理,仿真设计并加工了楔形微结构,通过理论分析和实验测试对比研究了钛钽合金表面的润湿特性和定向输运功能。本文通过分子动力学模拟和试验研究对钛钽合金表面织构定向输运行为进行了分析,为钛钽合金人工关节的实际应用提供了一定理论参考。开展的主要研究内容如下:（1）钛钽合金相互作用势函数是开展液滴在钛钽合金表面定向输运的关键和基础。为此,基于分子动力学方法,构建描述钛钽合金相互作用的EAM（Embedded atom method potential）势函数,探究了构建的势函数对钛钽合金热力学行为、力学性能等方面描述的准确性。分子动力学和试验对钛钽合金弹性模量的测量对比,揭示了构建模型与钛钽合金弹性模量的对应性,验证了拟合的EAM势函数对钛钽合金力学性能描述的准确性。（2）受仿生蜘蛛丝、仙人掌棘状结构的定向输运和集水性能启发,在钛钽合金表面设计对称楔形结构的分子动力学模型,探究纳米液滴在钛钽合金表面对称楔形结构的定向输运和聚结行为。结果表明,纳米液滴在楔形结构边缘效应的作用下产生曲率半径差,进而产生拉普拉斯压力梯度差驱动纳米液滴实现定向输运。探究了纳米液滴尺寸、楔形结构顶角对纳米液滴定向输运距离和速度的影响,进一步解释了纳米液滴在钛钽合金表面楔形结构的定向输运特性。结果表明,纳米液滴定向输运的速度和距离随纳米液滴尺寸增大而增大,随顶角的增大而减小。（3）鉴于人工关节润滑液的主要成分与水之间在流动性质等方面存在一定的相似性,研究水在钛钽合金微织构表面的润湿行为。采用纳秒激光结合表面改性的手段在钛片表面制备微织构表面,探究激光加工参数对钛片微织构表面润湿性的影响。结果表明,当纳秒激光加工参数线间距为30μm,扫描速度60 mm/s、激光频率40 k Hz和激光功率为12 W时,钛片超亲水微织构表面在表面改性后转变为超疏水性,钛片基底与液滴之间粘附力较低,且表现出类似“荷叶效应”的现象。（4）采用得到的最优激光加工参数,在钛钽合金表面制备楔形微织构,借助接触角测量仪研究液滴在钛钽合金表面定向输运过程,进一步探究了激光功率、楔形结构顶角对液滴在钛钽合金表面定向输运行为的影响。结果表明,当激光频率为4 W时,液滴在钛钽合金表面楔形结构表现出优越的定向输运性能,且随着顶角的增大,液滴输运的距离和速度减小,根据微纳尺度液体的流动相似性原理,依照液滴微纳米尺度下速度、移动距离随液滴体积、楔形结构顶角的变化趋势一致性,建立了微纳尺度下液滴在钛钽合金表面定向输运行为的联系。利用钛钽合金表面楔形微结构定向输运能力的特点,实现了液滴在钛钽合金表面的反重力定向输运行为。