基于Reynolds方程和P-C(Patir and Cheng)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。采用有限差分法并结合数值迭代,利用Matlab编程对模型进行计算,获得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。采用飞秒激光加工工艺,在氧化锆(ZrO₂)增强HA(Hydroxyapatite,羟基磷灰石)生物陶瓷涂层表面,加工出具有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。在往复实验平台进行摩擦磨损实验,利用三维轮廓仪表征涂层的磨损深度,并验证了数值模型。

采用激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备含氟羟基磷灰石(HA)生物陶瓷涂层，用HA、氟化钙(CaF2)、钛(Ti)混合粉末在Ti-6Al-4V 基体上用激光熔覆制备过渡层，其上以HA、CaF2 为原料用等离子喷涂技术制备富含Ca10(PO4)6 Fx (OH)2 -x 的陶瓷层。通过对涂层样品进行拉伸实验、模拟体液(SBF)浸泡的测试并结合X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微和能谱(SEM/EDS)分析，研究了F 含量对涂层物相组成、结合强度、表面形貌、生物活性的影响。结果表明：激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备的涂层可以提高结合强度至20.1 MPa，当x=1.5时达到最大值28.4 MPa；随着x 值的不断增大，涂层的结晶度提高、生物活性增强，但是涂层表面的裂纹数量增多。当x=1.0~1.5之间时涂层的综合性能最好。

根据激光熔覆生物陶瓷涂层的特点，选择二维带状热源模型，研究计算了材料物理性能在不同温度下的变化曲线，并建立温度场模型。将实验制备的涂层从涂层外观、显微硬度、涂层与基体的结合强度、涂层物相等方面对比模拟结果与实验结果，从而论证模型的可靠性。根据模拟结果可得：激光功率与扫描速度均会影响熔池深度，且激光功率的影响大于扫描速度；根据模拟的变化趋势分析，选择的激光熔覆的工艺参数为功率P=1700 W，扫描速度V=165 mm/min。模拟预测了不同涂层厚度、工艺参数条件下的熔池深度。

用激光熔覆技术在预涂敷于钛合金(TC4)表面的CaCO3和CaHPO4·2H2O以及Ti粉经两次激光熔覆及适当热处理制备了生物陶瓷涂层。通过X射线衍射(XRD)分析可得：过渡层涂层成分主要为CaTiO3，未热处理的陶瓷层成分主要为磷酸四钙(TTCP)，热处理陶瓷层涂层主要物相为羟基磷灰石(HA)。研究工艺参数、热处理以及混合粉末配比对涂层物相组成的影响研究可知：工艺参数激光功率对涂层物相的影响大于扫描速度；800 ℃热处理4 h并随炉冷却可以有效提高涂层HA含量；Ca/P2.00配比的混合粉末所制备的涂层HA含量最高。

通过结合Gologanu-Leblond-Devaux(GLD)微观损伤模型与Mori-Tanaka(M-T)均匀化方法，建立颗粒增强复合涂层材料损伤破坏的分析模型。将激光熔覆复合涂层制备过程中产生的微气孔、微裂纹等缺陷作为损伤模型的初始孔洞，通过数值模拟分析孔洞形状、尺寸、分布、颗粒密度以及颗粒损伤等对复合涂层拉伸应力应变曲线以及断裂韧性的影响。另外，将模型分析与前期的激光熔覆H13-TiC复合涂层单轴拉伸实验进行比较。结果显示，应力应变曲线理论预测与实验结果基本吻合，最大拉伸断裂应变则在一定的误差范围内。