新型医用β钛合金凭借低杨氏模量值、生物相容性优良等特点已成为植入物领域研究焦点。但β钛合金仍存在耐磨性差、拉伸强度低和疲劳强度低等综合力学性能不足的问题。为提高合金的综合力学性能,制备具有梯度的结构合金是一种十分有效的方式。目前,有学者采用搅拌摩擦加工技术对β钛合金进行表面改性并对其搅拌区组织进行了大量的研究。但对利用搅拌摩擦加工技术构建梯度结构β钛合金鲜有报道。本课题采用搅拌摩擦加工技术在Ti-35Nb-2Ta-3Zr β钛合金上构建梯度结构,主要研究了不同加工工艺对梯度结构的组织演变和力学性能的影响。本文采用两种不同的加工方法制备具有梯度结构的β钛合金。第一种方法是在加工过程中添加含Hf、Zn的合金粉末,研究Hf和Zn对于梯度结构组织演变和力学性能的影响。第二种方法是对β钛合金的上、下表面均进行加工,实现复合梯度结构的构建,研究复合梯度结构的显微组织演变和力学性能变化。主要研究结果如下:通过搅拌摩擦加工过程中添加Hf、Zn元素获得具有微纳复合梯度结构的（Hf+Zn）/Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金。金相显微镜下观察发现,搅拌区中有Hf、Zn的条带状团聚现象。透射组织表明,搅拌区到热影响区的等轴晶粒从亚微米级增大至微米级。搅拌区存在细小针状α "马氏体和弥散的纳米级ω相。ω相中存在Hf元素,表明Hf元素有促进ω相长大的作用。过渡区受塑性变形和剪切变形作用,有条状的应力诱发马氏体存在。热影响区受较大的轴向压力作用发生剪切变形,存在大量平行的孪晶型马氏体,在马氏体周围发现弥散的ω相。硬质ω相颗粒提高临界滑移应力,有利于提升合金的超弹性性能,且弥散的ω相起到第二相强化作用。因此,（Hf+Zn）/Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金搅拌区的超弹性回复率和平均硬度均较高于未加合金元素加工的合金试样。细胞生殖结果表明,（Hf+Zn）/Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金的生物相容性良好。通过双面搅拌摩擦加工构建复合梯度结构的研究结果表明,在双面加工过程中,材料受到的轴向压力增大,可增加材料的位错密度和剪切变形。因此,在透射组织中发现,搅拌区受轴向压力和马氏体交互作用,针状马氏体进一步细化;而过渡区的马氏体长度可达近10μm。双面复合梯度结构合金的力学性能测试结果表明,其屈服强度提升近一倍,延伸率可达37%。循环拉伸试验表明,搅拌摩擦加工后合金试样的超弹性性能有明显提高。复合梯度结构合金的微柱压缩试验表明,搅拌区的屈服强度更高,热影响区的塑性更好。因此,复合梯度结构具有高强度和良好的塑性。