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钛合金拥有较优的力学性能、良好生物相容性,是目前应用最广的金属植入材料。然而,钛合金生物活性较差,在人体内可能发生有毒元素释放。钽是新一代硬组织修复材料,有优于钛的耐腐蚀能力、生物相容性,但价格昂贵。将钽作为涂层制备于钛合金表面,既能利用钽优异特性,又能降低产品成本,是硬组织修复材料领域的一个重要研究方向。本文首次提出了采用热轧的方式在钛合金表面制备钽层。首先利用Gleeble热模拟试验机模拟热轧过程,研究了热模拟温度和退火对钽钛复合材料界面结合、金相组织和硬度的影响规律。研究表明:在950℃和1050℃下模拟热轧,可得到具有致密冶金结合界面钽钛复合材料。界面形成的原子互扩散层,可协调降温过程中钽和钛合金的不一致收缩变形,避免冷却后在界面形成裂纹、孔隙等缺陷。850℃、950℃和1050℃三种温度下得到的复合材料钛合金层组织依次为纤维状双态组织、β转变组织和魏氏组织,均存在加工硬化现象。850℃,40min退火后,双态组织发生再结晶转变为等轴晶,β转变组织和魏氏组织中有更多针状α相析出。850℃、950℃热模拟试样钽层晶粒呈现纤维状。退火后,发生少量再结晶。1050℃热模拟试样的钽层发生动态再结晶,晶粒为等轴晶。在热模拟实验基础上,设计钽钛热轧工艺,研究不同热轧工艺和热轧后退火温度对复合板的界面结合、金相组织、室温拉伸及界面结合强度的影响规律。研究表明:钽板和钛合金板组坯后,在980℃和1050℃热轧温度下,进行50%多道次压缩,均可制备出冶金结合的钽钛复合板,复合板抗拉强度高于理论抗拉强度,界面最小剪切强度高于180.9MPa;复合板热轧温度应控制在钛合金相变温度左右,高温可以保证热轧时板材有较高塑性,促进界面咬合和原子互扩散,增强界面结合强度,同时接近相变点的热轧温度可避免钛合金β晶粒迅速长大形成魏氏组织或片条网篮组织,影响复合板塑性;980℃热轧复合板经过750℃,1h热处理退火塑性增加。1050℃热轧复合板热处理温度应控制在900℃以下,防止钛合金中出现片层状网篮组织,降低复合板塑性。钽作为金属材料无法与周围骨组织产生稳定骨性结合,本文研究了通过两种思路对钽进行表面改性。一是通过碱处理+预钙化在钽表面制备活性层,研究了碱处理浓度、预钙化对钽表面形貌和生物活性的影响规律;二是通过微弧氧化工艺在钽表面构建仿生微米多孔结构,材料表面的微纳米多孔形貌能够促进细胞的粘附、增殖,是一种理想的植入体表面。研究了电解液体系、氧化时间和电流密度对表面膜层形貌的影响。结果表明:通过碱处理,可将钽转变为生物活性材料,提高其在SBF中形成HA的能力。碱处理浓度应控制在1.0M以下,高于1.0M时,表面活化层容易发生脱落。低浓度碱处理,钽表面无法反应形成活性层。本组试验中,最佳碱处理浓度为0.7M;预钙化可进一步提升碱处理后钽生物活性。碱处理后样品在预钙化时可完成钙磷化合物的形核,浸入SBF后,形核的钙磷化合物转化为HA,缩短HA的形核时间。钽经过0.7M碱处理+预钙化后,在SBF中浸泡4天,表面即可被HA层所覆盖,极大提高了钽的生物活性;采用Na2SiO3系电解液对钽进行微弧氧化时,制备的氧化钽陶瓷膜层较为致密。采用Ca（CH3COO）2系电解液时,可得到微米多孔结构的陶瓷膜层,适于作为金属植入材料的理想表面。增大电流密度,微孔数量增多,大孔孔径增大,大电流密度下可将电解液中钙离子掺杂到膜层中。