钛及钛合金是临床广泛应用的骨种植体材料,微弧氧化（MAO）技术能够在其表面原位生长出多孔生物活性涂层,并且可以通过合金元素与电解液的交互作用调控涂层结构及成分。然而,涂层结构及成分的定向功能化设计仍面临巨大挑战,其关键在于合金元素与电解液的交互作用机理并不清晰。本文设计了不同Al含量的Ti-x Al二元合金,深入探究了微弧氧化过程中Al元素对涂层结构的影响规律。同时,选用临床上广泛应用的Ti6Al4V三元合金,研究了电解液成分对Ti6Al4V微弧氧化过程中涂层结构及成分的影响。探究了合金元素与电解液成分的交互作用机理,并评价了其生物相容性。研究发现,在Ti-xAl二元合金中,随着Al含量的增加,放电通道周围溅射氧化物含量逐渐增加,表面的孔型从纯Ti的类“脑回形”结构逐渐演化为Ti-20Al的类“火山口”结构。同时,随着Al含量的增加,涂层击穿电压和稳定电压线性增长,等离子体放电击穿变得困难。基于以上分析,本文建立了氧化物溶解机理模型,揭示了Al元素对涂层结构特性的影响机理。基于溶解机理模型,本文在Ti6Al4V表面制备了高联通微纳米分级结构涂层。实验结果表明,涂层中Al、V两个有害元素的含量大幅降低（Al、V含量分别降低至0.06 at.%和0.3 at.%）,与Ti6Al4V基体相比,涂层中Al/Ti和V/Ti分别降低了98.3%和73.8%。在此基础上,分析了涂层中Al、V元素的“逃逸”机理,证明了硼酸盐配合强碱的混合电解液对熔融态氧化物的协同溶解作用是大幅降低涂层中Al、V含量的主要因素。体外生物学评价表明,本文所制备的低Al、V含量高联通微纳米分级结构涂层的成骨细胞粘附和铺展性能较好,细胞增殖、分化和钙化能力显著增强。