羟基磷灰石复合涂层,由于其兼有优异的综合力学性能、良好的生物相容性以及生物活性,备受广大的关注并成为新型的人工关节与骨骼置换材料。然而当植入物植入人体后,破坏了人体原有的润滑系统,不可避免地造成涂层材料的磨损以及由此产生的失效问题。同时,在人体复杂的工作环境下,涂层的摩擦行为以及磨损情况将不断发生变化。因此有必要对羟基磷灰石复合涂层在不同工况下的摩擦磨损性能进行深入的实验研究,并对植入物在人体环境下的磨损情况进行准确的预测。本文以等离子喷涂HA/ZrO2复合涂层为研究对象,实验研究了复合涂层的摩擦磨损性能及机理；通过对磨损率、摩擦系数、表面粗糙度以及表面形貌测量与分析,比较不同润滑条件、载荷以及转速下复合涂层磨损行为的差异；并基于均匀设计方法以及回归分析,通过实验建立涂层在模拟体液环境下的磨损率模型；使用磨损仿真技术,结合实验得到的磨损率模型,利用APDL语言在ANSYS的基础上进行二次开发,计算得到销盘和人工髋关节在运动过程中具体的磨损量,并与实验结果以及文献数据进行了比较。研究工作对于了解复合涂层的摩擦磨损性能及其影响因素、优化人工关节的设计、延长涂层的寿命等具有重大的意义。本文的主要工作和成果如下：1.在销盘摩擦试验机的平台上,测试了不同润滑条件下HA/ZrO2复合涂层的摩擦磨损性能,并在模拟体液润滑的环境下比较不同载荷及转速对复合涂层磨损行为的影响。结果显示在干摩擦环境下复合涂层表面受到严重的擦伤；在模拟体液润滑下,溶液呈过饱和状态,在涂层表面沉淀出一层磷酸钙吸附膜,因此具有良好的摩擦磨损性能。模拟体液中涂层磨损形式主要为磨粒磨损、擦伤以及犁沟,磨损后涂层表面出现明显的划痕以及凹坑。涂层的磨损过程可分为磨合期与稳定期。随着载荷的增大,涂层摩擦系数略有增大,在磨合期较高载荷提供了更大的切削力,使脱落的颗粒增大且增多,在稳定期高载荷加剧了颗粒切削及犁耕作用；随着转速的增加,在磨合期适中的转速能冲走表面颗粒,减弱涂层磨粒磨损,但较大转速会加剧颗粒的冲击磨损,而在稳定期提高转速能够增大摩擦副的间隙。2.根据均匀设计方法以及回归分析,建立了复合涂层在模拟体液环境下磨损率关于载荷与转速的表达式。通过实验对磨损率模型验证表明,该模型能在较大的载荷与转速范围下具有相当好的预测效果。3.采用磨损仿真技术,结合磨损率预测模型,计算了销盘磨损过程中复合涂层的磨损情况。将销盘磨损仿真结果与实验数据进行比较表明,磨损仿真技术可较准确地模拟磨损过程,同时复合涂层的磨损率模型具有一定的可靠性。4.采用磨损仿真技术对人工髋关节磨损过程进行仿真计算。结果表明,髋臼表面磨损区域主要集中于关节上部,其中在上部偏后处线磨损量最大；经过2万次的步态磨损周期后,对于股骨头直径为28mm、关节径向间隙为0.05mm的人工髋关节,涂层髋臼表面最大磨损深度为0.0244mm,总磨损体积为5.98mm3；同时,在磨损过程中,涂层的磨损体积近似线性增长,而磨损深度增长速度由快到慢。髋关节径向间隙越大,涂层磨损体积越小,而磨损深度越大；股骨头直径增大时,涂层磨损体积随着增加,而磨损深度并未呈现明显的变化。