摘要
钛合金由于其良好的可加工性及较小的弹性模量而作为植入体材料广泛应用于医学领域。但现有的钛合金还存在弹性模量较人体骨偏高，耐腐蚀性较差，生物活性及抗菌性差等不足。因此制备出与人体力学性能相符并兼具优良的耐腐蚀性、生物活性及抗菌性的钛合金成为主要的研究方向。 首先通过第一性原理方法结合d-电子理论设计合金成分，利用粉末冶金法制备出钛合金基体，再通过阳极氧化法在合金表面制备纳米氧化层，最后在具有纳米氧化层的合金试样表面通过等离子喷涂技术制备出HA及HACuZn复合涂层。通过金相显微镜、SEM、XRD、万能试验机、电化学工作站和自动划痕仪对试样的显微结构、物相组织、力学性能、耐腐蚀性及结合力进行分析。通过体外生物活性实验、细胞毒性及抗菌性实验进行试样生物活性、细胞毒性及抗菌性的表征。 实验结果表明：通过第一性原理对合金的性能进行预测，Ti-10Mo-28Nb合金综合力学性能最佳。Ti-10Mo-28Nb-Zr四元合金体系中，当Zr含量为3wt%时，合金具有相界清晰，晶粒均匀的等轴β相，其具有较高的抗压强度955MPa及较低的弹性模量43.39GPa。在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-Ta五元合金体系中，当Ta含量为6wt%时，Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金中大部分为β相组织，合金具有与人体骨相匹配的弹性模量27.59GPa和较高的抗压强度635MPa。 通过阳极氧化法在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面制备纳米管，得到孔径为50~70nm，孔壁厚15nm，长度为100nm的纳米管层。通过等离子喷涂技术以喷涂电压40V，喷涂距离为100mm制备出的HA及HACuZn复合涂层，厚度均为50μm。通过电化学测试，综合自腐蚀电压、自腐蚀电流及极化电阻，HA涂层具有最佳的耐腐蚀性。通过结合力测试，HACuZn涂层的结合力最好为21.3N。通过体外生物活性实验，HA涂层和HACuZn复合涂层试样表面均覆盖大量骨状磷灰石。细胞毒性实验表明制备出的各阶段试样细胞毒性均为0级，具有良好的生物活性。通过抗菌性实验，Cu、Zn含量分别为0.4wt%时制备出的HACuZn复合涂层具有明显的抗菌性。
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