单湘衡，李文元，张海波，丁一帆，丁泽良

（湖南工业大学 机械工程学院，湖南 株洲 412007）

0 引言

医用钛合金Ti6Al4V 在耐腐蚀性、耐磨性、生物相容性和力学性能等方面具有良好的综合性能，是目前医用植入体的首选材料[1-2]。但是，随着植入时间的延长，Ti6Al4V 会因为体液腐蚀而释放出有毒的金属离子[3]。因此，在Ti6Al4V 表面沉积耐腐涂层意义重大。Nb2O5涂层在耐腐蚀性、耐磨损和生物相容性等方面具有优异的综合性能[4-6]，作为植入材料的表面改性涂层，具有得天独厚的优势。但是，Ti6Al4V 和Nb2O5的物性参数相差较大，若Nb2O5直接沉积在Ti6Al4V 表面，两者的结合界面会产生较大的残余热应力[7]，导致涂层附着力减小，并且会发生开裂、脱落等现象。

功能梯度材料（functionally graded materials，FGM）是由两种或多种材料成分组合而成的复合材料，其组成、结构和性能沿某一方向发生连续变化[8]。梯度中间层可以使基体到涂层之间的成分呈现连续变化，缓解基体与涂层之间的性能失配[9-11]，降低界面应力，从而提高涂层和基体之间的结合强度。为了使梯度涂层具有最佳的结合性能，同时减小涂层的制备工作量，在涂层制备前，对梯度涂层的残余热应力进行分析并对其结构参数进行优化非常重要。

本文拟运用ANSYS14.0 有限元分析软件，对Ti6Al4V 表面Nb2O5/Nb2O5-Ti/Ti 多层涂层的残余热应力进行研究，分析中间梯度层Nb2O5-Ti 的层数与厚度、成分分布指数等对多层涂层残余热应力的影响，并且采用正交试验法对这些参数进行优化，以期为医用钛基植入材料表面改性涂层的设计与制备提供一定的理论参考。……