随着人口老龄化程度的加深,未来我国对人工关节的需求量将日益增长。人工关节的寿命很大程度上取决于其在使用过程中的摩擦磨损性能的表现。羟基磷灰石(HA)及其复合生物陶瓷涂层由于其良好的生物相容性和生物活性,在人工关节领域具有十分良好的应用前景。然而涂层本身存在耐磨性差、脆性大等缺陷,因此采用一定手段改善陶瓷涂层材料摩擦学性能以延长人工关节的使用寿命是今后人工关节材料发展的一个重要方向。表面织构作为一种表面改性处理手段已被大量研究证明能够有效的改善摩擦副表面的摩擦学性能,并被广泛应用于轴承、机械密封等工程领域。为探究织构在生物陶瓷材料领域的应用效果,本文基于Reynolds方程和PC平均流量模型分别建立了织构表面在流体动压润滑及混合润滑状态下的理论模型,采用有限差分法结合数值迭代并通过Matlab编程对模型进行计算求解,得到计算域内的压力分布和织构表面的理论摩擦系数,以此作为织构表面摩擦学性能的判断标准。同时本文采用飞秒激光加工工艺在氧化锆增强HA生物陶瓷涂层表面加工出不同排布方式的椭圆形织构阵列和不同面覆率的圆形织构阵列,基于往复试验平台进行摩擦磨损试验,利用三维轮廓仪表征涂层的磨损深度,探究耐磨性较好的涂层织构设计参数。本文主要研究结论如下:(1)流体动压润滑模型下长轴平行上表面运动方向的椭圆形微凹坑单元能够产生最多的额外承载力,摩擦系数最小。圆凹坑织构表面摩擦系数随面覆率的提高逐渐降低,交叉对比分析圆凹坑织构面覆率与圆凹坑直径对织构表面的摩擦系数影响,发现其之间并没有相互影响,在不同织构面覆率下都存在相同直径使得织构表面摩擦系数最小。(2)混合润滑状态下,织构形状及面覆率对摩擦系数的影响趋势与流体动压润滑状态下大体一致,且面覆率越小,本文所研究的不同形状织构表面的摩擦系数差距越大;由于混合润滑状态下考虑到粗糙度因素对织构表面润滑状态的影响,所求得摩擦系数普遍比流体动压润滑模型所得的高。(3)在牛血清润滑条件下,面覆率为25%的圆凹坑织构试样摩擦系数和磨损量最小,当面覆率小于25%时,摩擦系数和磨损量随涂层表面织构面覆率的增大而减小,而当面覆率提高至30%时,由于过大的面覆率使得涂层结合强度降低,导致涂层材料颗粒脱落参与磨损过程,因而摩擦系数和磨损量较之25%的织构试样反而要高。(4)在牛血清润滑条件下,面覆率为10%,长轴方向与陶瓷销运动方向平行以及与之呈45°角的椭圆形织构试样摩擦系数和磨损量均比相同面覆率下的圆形织构试样小。对于椭圆形微凹坑织构试样,其摩擦系数及磨损量随着长轴与陶瓷销运动方向所成角的增大而增大。综上所述:利用飞秒激光加工技术在HA复合生物陶瓷涂层表面加工织构阵列可有效提高其耐磨性,且在一定范围内,涂层耐磨性随织构面覆率的增大而提高。相同面覆率下,长轴沿上表面运动方向平行排布的椭圆形织构减磨性能优于圆形织构。试验结果初步验证了理论分析的合理性。本文通过理论与试验相结合的方法探究了不同织构参数对涂层表面摩擦系数的影响,为后续表面织构技术在生物陶瓷涂层领域的应用提供一定参考。