四水磷酸锌(Zn3(PO4)2·4H2O, Hopeite,简称为HP)因具有良好的耐蚀性与防护性,广泛应用于金属表面的防腐、提高涂装结合力及表面润滑等方面。近来被发现具有良好的生物相容性且在一定条件下能够转化为羟基磷灰石(HA),可以作为一种潜在的生物医用材料。另一方面,钛因具有重量轻、强度大以及良好耐蚀性等优良特性而广泛应用在国防航空航天、造船等工业领域。同时,因其与骨相近的弹性模量、良好的生物相容性等特点在临床上也得到了广泛的应用。在钛表面制备一层HP转化膜,既可以提高其表面防护性能,应用于工业军事等领域,也可以作为生物金属植入体材料表面改性应用于医学领域。但钛表面由于存在稳定的氧化膜难以进行转化膜的制备而限制了其应用。本研究首先优化出适合钛金属的化学转化液配方,并在此基础上利用不同的自制辅助外场,以场效应与化学转化法相结合的方式,成功在钛基体表面制备出HP转化涂层。根据试验需要,设计了四种不同的外场辅助手段：超声场、匀磁场、静电场以及电流场。通过调整转化时间、转化液的pH、转化温度以及各场参数,对其作用下形成转化膜的结构和性能进行研究。同时,对四种不同辅助场效应的机理进行了讨论。分别利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、红外光谱分析仪(FTIR)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(xPS)、扫描探针显微镜(SPM)以及三电极系统电化学工作站等手段对转化膜的相组成、形貌、原子团、微观结构、表面成分、表面粗糙度以及耐蚀性进行了系统的表征和分析。在此基础上,选取了60℃超声处理的转化膜,对人的成纤维细胞进行细胞培养,初步探讨了HP转化膜作为生物材料的生物相容性。结果表明,转化膜主要有HP组成,在不改变转化膜相组成和晶粒形状的基础上,超声作用能提高成膜形核率和结晶度,明显地减小晶粒尺寸至未经外场处理晶粒尺寸的1/5-1/10。此外,超声处理后膜厚膜重以及粗糙度都有所降低,但是致密度增加。而且超声处理使转化膜具有更加优异的耐蚀性能,250W超声功率下处理60min转化膜自腐蚀电流(Icorr)为0.06μA/cm2,相比于纯钛的17.5μA/cm2,明显降低,对应的EIS也表现出高的阻抗值。另外化学转化开始阶段超声功率能够影响转化膜的形核率,50W,100W和250W功率下,相同转化时间内形核数目随功率升高依次增多。磁场作用能够提高HP的形核率,生成的转化膜更加均匀致密,颗粒细小。随着转化时间的增加到60min,经过长时间溶解及再结品平衡过程转化膜颗粒表面呈现出层状结构,这种结构的表面积明显增大,粗糙度增加。此外,化学转化时间越长,膜的耐蚀性越好,与无磁场作用相比,相同转化时间下磁场作用下形成的转化膜表现出较好的耐蚀性能。电流场阴极电化学沉积过程中转化膜的组成随处理温度的不同发生变化,温度为60℃时,转化膜主要为HP,温度为30℃时,转化膜的主要有单质Zn组成。两者的耐蚀性表现出明显的差别,60℃下HP转化膜的自腐蚀电流比30℃的锌转化膜几乎低100倍,而阻抗值高出2-3个数量级。转化液经过铁粉熟化处理后,Fe2+的存在能够改变转化膜的形态和性能。未进行铁粉熟化的溶液中,60℃下电沉积的转化膜有蘑菇状HP和Zn组成,30℃下转化膜主要是致密板状结构的Zn组成；而铁粉熟化后的溶液中形成的转化膜在60℃时主要为板条状HP晶体,在30℃时,为空心泡状结构的单质Zn。同时,电流密度对转化膜的形成形态起到关键作用,电流密度越大,转化速度越快,在铁粉熟化后的溶液中电流密度能够改变转化膜的择优取向生长方向；随着转化膜的生长,局部电流密度的增高和不均匀性分布导致形成小片状晶体(厚度小于1μm、直径为10-30μm)的球形团簇。电场辅助化学转化过程中,生成的HP转化膜沿着(020)和(040)晶面方向发生明显的择优生长。在转化初期,电场能影响转化膜在基体上的铺展程度,无电场时形成转化膜平面铺展较阔,板条厚度较大,呈纵横交错状态。随电场强度升高,板条状的转化膜出现分散现象,铺展和交错程度降低。同时对于刚形成的转化膜,无电场时表现为不规则的小块状颗粒,而电场作用下形成的则相对圆滑、规则。