生物摩擦学是摩擦学的重要组成部分,主要研究与生物有关的摩擦学问题。医用材料的生物摩擦将直接影响临床治疗效果和患者术后生活,尤其是人工关节等植入物体。医用钛合金作为常用的人工关节材料之一,尤其是Ti-6Al-4V,具有良好的生物相容性。然而,在长期使用过程中,因其摩擦系数高和耐磨性差,易导致周围组织发炎及假体无菌性松动,进一步导致植入物寿命缩短。多壁碳纳米管（MWNT）由于其具有优异的摩擦学性能和一定生物相容性,在摩擦学领域和生物医学领域有着良好的应用前景。本文将MWNT进行羧基化处理以提高其表面活性,制备了羧基化碳纳米管（CMWNT）以作为医用钛合金表面涂层材料,研究其生物摩擦学特性,以期改善医用钛合金的摩擦学性能,延长其作为人工关节材料的寿命。本研究可为拓宽CMWNT在医用材料领域的应用提供实验基础。主要研究内容和成果如下:（1）采用浓酸氧化法制备了CMWNT,SEM表征结果显示,MWNT和CMWNT为管径在纳米级别的管状结构,CMWNT表面较为光滑且管径略小于MWNT。FT-IR结果表明,与MWNT相比,CMWNT表面引入了羧基,说明MWNT被成功羧基化。分散性实验证明,CMWNT可以稳定均匀的分散在水中,保持长时间不沉降,比MWNT具有更强的亲水性,氧化效果好。（2）采用自组装方法,引入APS和DA双过渡层,成功在钛合金表面制备了CMWNT涂层。对CMWNT分散液浓度、超声时间以及反应时间进行了探讨,通过摩擦实验和磨损表征,确定了最佳工艺条件为2 g/L,超声10 h及反应48 h。基于筛选后的最佳工艺条件制备了A-CMWNT样品,通过SEM、傅里叶红外光谱和拉曼光谱检测表明CMWNT已经成功制备在样品表面。摩擦试验显示,CMWNT涂层在干摩擦下有明显的减摩效果。另外,在干摩擦和SBF润滑条件下,CMWNT涂层抗磨损效果优异,这与CMWNT的自润滑性能有关。干摩擦下,频率越大,载荷越小,涂层的COF越小。SBF溶液下,频率越大,COF越小。磨损率随摩擦速度的增大而增大。在一定载荷及频率范围内,涂层有着较为优异的抗磨损性能。（3）采用电化学沉积法成功在钛合金表面制备了CMWNT涂层。对CMWNT分散液浓度、电流密度以及沉积时间进行了探讨。通过摩擦实验和磨损表征,确定了最佳工艺条件为1 g/L,1 m A/cm~2及沉积30min。基于筛选后的最佳工艺条件制备了E-CMWNT样品,通过SEM、傅里叶红外光谱检测表明CMWNT已经成功制备在样品表面。采用电化学法制备出的CMWNT涂层空隙率较大。CMWNT涂层在干摩擦下有一定减摩效果,SBF润滑条件下无减摩效果。SBF润滑条件下的CMWNT涂层抗磨损效果优异,而干摩擦下抗磨效果不明显。在干摩擦和SBF润滑下,频率越大,涂层的COF越小磨损率越大。干摩擦下,载荷越小,COF越大。在载荷10 N、频率5 Hz时,CMWNT涂层破裂,但仍有着一定的抗磨损性能。（4）在干摩擦下,自组装法制备的涂层可以有效降低COF 40%、磨损率30%,而电化学法无明显降低COF作用。SBF下二者均使COF增大,磨损率显著降低90%～93%。两种方法制备的涂层结合力相差不大（24 N左右）,自组装法制备的涂层厚度较大,这可能是由于DA过渡层的强粘附性所导致。自组装法制备的涂层在涂层破裂之后仍有一定的承载能力。这可能与自组装法中引入的双过渡层有关,通过物理黏附和化学反应增强了涂层的性能。黏着磨损和磨粒磨损是在摩擦过程中主要的磨损机制。在摩擦副之间的CMWNT发生滚动摩擦,有效减少了黏着磨损和磨粒磨损,保护了基底,从而降低了磨损率。SBF溶液中的水分子形成润滑层,与CMWNT的协同滚动摩擦作用使得涂层的生物摩擦学性能大大提升。