实用的生物医用钛合金资料需满足以下前提：优良的生物相容性、、、较低的弹性模量和密度、、、较好的防腐性且无毒、、、较高的屈服强度、、、较长的委顿寿命，，，以及室温下较大的塑性和易成形、、、易铸造等特点［1］。
1964年，，，ＢＲＥINＥ等［2］发现Ti-6Al-4V合金可能与骨缜密结合。随后，，，钛合金在医用外科手术中的利用获得了成功。几十年来，，，医用钛合金的发展经历了三代：第一代是以纯钛和Ti-6Al-4V合金为代表的α型钛合金；；第二代是以Ti-5A1-2.5Fe、、、Ti-6Al-7Nb为代表的α＋β型钛合金。目前，，，医疗领域普遍使用的仍为第一、、、二代钛合金。然而，，，一些钻研者发现Al和Ｖ拥有生物毒性，，，且Ｖ的毒性甚至超过Cr和NI，，，当含Ｖ元素的钛合金植入病人身段功夫较长后，，，Ｖ离子会荟萃在各个器官，，，进而诱发癌症，，，造成病人的二次中伤；；而Al元素能以铝盐化合物的大局在体内积储，，，从而导致病人器官受损，，，诱发骨病、、、血虚和骨质软化等病症，，，严重时可引起神经疾病，，，如阿尔茨海默。3-4］。此外，，，第一、、、二代钛合金的弹性模量远高于骨骼，，，由于植入物与骨骼间弹性模量不匹配，，，极易出现“应力屏蔽”景象，，，从而使植入体周围的骨组织职能退化并吸收，，，进而导致植入体松动或断裂［5］。因而，，，钻研者起头进行第三代医用钛合金的钻研，，，即用Nb、、、Zr、、、Sn、、、Mo、、、Ta、、、Hf等β不变型元素包办Al和Ｖ等有害元素。
第三代钛合金弹性模量更低、、、生物相容性更好，，，但却拥有强度较低、、、耐磨性较差等弊端。钻研发现，，，在钛合金中参与Nb元素可提高合金的塑韧性，，，还能改善冷加工后的合金机能；；增长Mo元素可细化晶粒，，，提高合金强度，，，且改善冷、、、热加工成形工艺；；Zr和Mo元素拥有优良的生物相容性；；Ta和Hf由于成本较高，，，目前还停顿于科学钻研的尝试阶段［3］。
近年来，，，β钛合金重要形成了Ti-Nb、、、Ti-Mo、、、Ti-Zr和Ti-Ta系列，，，其中Ti-Nb和Ti-Zr系列钛合金的钻研较多［6-7］。本文着眼于制备工艺、、、处置工艺、、、生物相容性以及力学机能等方面，，，综述了第三代生物医用钛合金的钻研近况。
1、、、制备工艺
目前，，，生物医用钛合金重要的制备步骤为真空熔炉法、、、粉末冶金法、、、增材制作法、、、凝胶注模法等。
真空熔炉法［8］合用于小型铸件、、、尝试室科学钻研；；钻研者为了开发新型医用钛合金，，，削减制备成本或得到较小的铸锭，，，普遍选取非自耗真空熔炉熔炼铸锭，，，为后续医学利用提供前期钻研基础。李培友等［8］选取非自耗真空熔炉熔炼铸态低弹性模量生物医用Ti-Nb-Sn合金，，，该合金拥有较大的医用价值。粉末冶金法［9］适合制备大型铸件，，，可为医学利用提供原锭，，，拥有工艺单一、、、出产流程短、、、原料利用率高、、、成本低，，，且铸锭成分无偏析、、、组织藐小均匀等利益。李霞［10］用粉末冶金近净成形技术制备了机能优异的Ti2448合金。徐伟等［11］选取机械合金化结合放电等离子烧结工艺制备了Ti-8Mo-9Fe合金资料。李元元等［9］选用Ti-Nb-Zr-Ta-Fe合金系统，，，通过机械合金化合成非晶粉末，，，而后利用放电等离子烧结-非晶晶化法合成钛基合金块体，，，该钛基合金的塑性和强度得到提高。李伯琼等［12］钻研了烧结温度和烧结功夫对钛合金机能的影响，，，发现Ti-Nb-Ta-Zr合金的压缩弹性模量随烧结温度的提高先增大后减小，，，且随烧结功夫的变动趋向与此一致：谓艿龋13］选取高速压抑和真空烧结的步骤制备Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金坯，，，当真空温度为1250℃，，，且烧结功夫为2.0H时，，，合金试样拥有最大的硬度和抗拉强度。
增材制作法［14］拥有个性化、、、高柔性、、、低成本、、、短周期、、、成形性及组织机能节制一体化等特点，，，还拥有孔径、、、孔隙率可控性好，，，能量利用率高，，，适应的资料领域广等利益，，，分为粉床激光和粉床电子束两大类。
李鑫［15］用激光溶解工艺制备出钛基氧化锆；；宗洧安［16］用激光溶解工艺制备出Ti6Al4Ｖ-5Cu，，，该合金拥有优良的成形性及较高的致密度（99.25％）；；韩立影等［17］利用“团簇＋衔接原子”结构模型构建了Ti-Fe-Zr-Ｙ合金化双团簇模型，，，由此设计了化学出成分为Ti64.52Fe29.32Zr5.86Ｙ0.30的四元共晶合金，，，并利用激光急剧成形技术在纯钛板上制备了该合金。
钛基合金的弹性模量弘远于人体骨骼，，，但生物医用多孔钛合金资料拥有怪异的多孔结构和更靠近于人体骨骼的强度和弹性模量，，，故多孔钛合金的制备引起了钻研者的宽泛关注。凝胶注模法［18］易于制备状态较复杂、、、尺寸较大的合金样品，，，且样品缺点少、、、孔隙度可控，，，并易于成形，，，在高孔隙率植入件的制备方面拥有很好的发展远景；；但该步骤存在对浆料的机能要求较高，，，工艺过程较复杂，，，制备成本过高档弊端。通过扭转浆料固相含量可节制多孔β钛合金的孔隙数量，，，从而扭转合金的机能。厉俊鹏［19］选取凝胶注：头⑴菹嘟岷系墓ひ，，，制备了多孔Ti6Al4V合金，，，其孔隙率为70.53％，，，抗压强度达到68.4MPa，，，压缩弹性模量达到2.21GPa，，，且其韧性较好。
钛基合金的制备步骤各有特点，，，很多合金试样均是在结合各类工艺的情况下获得医用制品，，，因而，，，可凭据所需合金的机能和用处选择相宜的制备步骤。随着各类制备工艺的改进与创新，，，第三代生物钛合金的发展将越发美满，，，其与人体骨骼的匹配性将不休改善。
2、、、处置工艺
生物医用铸态钛基合金的处置工艺重要蕴含冷轧或热轧、、、时效、、、冷轧时效、、、激光喷丸、、、复合氧化、、、微弧氧化和仿生矿化等。铸态合金锭普遍拥有较大的颗粒尺寸和较低的强度，，，为了减小铸锭的颗粒尺寸，，，提高合金的强度，，，通常铸锭在时效处置前进行冷轧处置。陈旺等［20］发现Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金的冷轧变形量越大，，，其冷轧织构及再结晶织构强度越高；；且在650℃下退火得到的织构强度最高；；当合金试样中存在｛111｝〈112〉型γ织构时，，，超弹机能得到提高。
热轧的作用是扭转基体颗粒尺寸或再生第二相，，，提高合金的硬度和强度。王雪萌［21］在三种分歧温度下对Ti-6Mo-5Ｖ-3Al-2Fe合金进行热轧，，，发现热轧温度处于相变点以下（800℃）时，，，热轧试样的微观组织为变形β相晶：蜕倭砍跎料嗑Я；；当热轧温度在相变点以上（850℃）时，，，组织为藐小的等轴β晶粒；；而当热轧温度升至900℃时，，，晶粒产生了齐全动态再结晶，，，组织为长大的等轴β晶粒。
部门钻研者钻研了铸锭合金的时效工艺对组织和力学机能的影响，，，发现能够通过节制时效温度或时效功夫来调控合金的相组织，，，进而改善合金的力学机能。DU等［22］发此刻相对较低的时效温度（440℃）下，，，Ti-3Al-5Mo-6Ｖ-3Cr-2Sn-0.5Fe时效合金可析出体积分数较高、、、颗粒尺寸较小的二次α相，，，且拥有较高的屈服强度。张浩宇等［23］指出Ti-6Mo-5Ｖ-3Al-2Fe合金经450℃时效后，，，由于β晶粒内析出了次生α相，，，时效合金获得较高的抗拉强度；；且随着时效温度升高，，，β晶粒内次生α相的尺寸和颗粒间距增大，，，导致时效合金强度降低。
为了获得较小的钛合金基体颗粒尺寸以及析出第二相，，，钻研者普遍选取冷轧时效处置铸态合金，，，进而获得优异的力学机能。马琰［24］将Ti-3.5Al-5Mo-6Ｖ-3Cr-2Sn-0.5Fe冷轧合金在750℃下固溶处置2ｍIN，，，而后在550℃下时效处置4H，，，了局发现大量次生α相在β基体上析出，，，合金的塑性和强度得到提高。陈旺等［20］对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金进行先冷轧后时效处置，，，650℃时效合金出现出优异的弹性、、、较高的变形率和回复率。
为了提高钛合金理论的强度、、、耐磨性和耐侵蚀性，，，激光喷丸强化、、、复合氧化以及微弧氧化［25］等处置工艺被普遍选取。孙昀洁等［26］对Ti6Al4V合金试样理论进行激光喷丸强化处置，，，发现激光喷丸强化试样的侵蚀偏差降低，，，钝化机能越发不变，，，侵蚀速度降低，，，耐生物侵蚀机能有效改善。GＬＥＲＹＺ等［27］利用复合氧化法处置Ti6Al4V合金，，，了局批注，，，在酸性环境中，，，经600℃氧化60H后，，，合金出现出优异的耐侵蚀性，，，且在0.9％氯化钠溶液中的耐磨性比未处置合金高25倍。微弧氧化处置可扭转合金理论的生物性，，，从而提高合金在生物环境中的适应能力。通过微弧氧化在合金理论形成的多孔涂层的分层结构，，，能改善涂层附着力、、、润湿性和细胞扩散。王伟强等［28］选取微弧氧化技术，，，在β型Ti-20Zr-10Nb-4Ta合金理论成功制备出由亚微米孔和层状微米孔组成的分层涂层，，，该涂层拥有生物活性，，，使钛合金出现出优良的细胞粘拥戴扩散机能，，，拥有较大的生物医学利用潜力。此外，，，通过微弧氧化技术在医用Ti6Al4V合金理论构建粗糙多孔的微-纳层状结构，，，再经全氟辛基三氯硅烷乙醇溶液浸泡，，，能够使合金获得超疏水理论；；由于超疏水理论的润湿性较差，，，细菌在其理论不易滋天生长，，，从而起到抗菌作用［29］。
随着生物医用合金钻研领域的扩大，，，钻研者提出了仿生矿化［30］处置工艺，，，由于仿生磷灰石的成分靠近于人体骨骼无机质，，，故其拥有很高的生物相容性和骨结合能力，，，为低温下共沉积蛋白质等生物大分子提供了可能性。仿生矿化工艺轻便，，，用度较低，，，能在状态复杂和多孔的基体上形成均匀涂层。项艳凡等［31］通过仿生矿化处置，，，在纯钛上沉积了一层致密的碳酸化羟基磷灰石，，，矿化合金与骨结合缜密；；制备的羟基磷灰石涂层与骨细胞接触6H后，，，骨细胞在资料外讲显著附着。
3、、、生物相容性
生物医用钛合金可用作硬组织代替物或软组织代替物，，，此类Ti合金除应拥有低的弹性模量、、、较高的强度和塑性外，，，还需拥有生物相容性，，，也就是生物活性与植入体周围环境匹配。微弧氧化技术在钛理论制备的掺硅多孔二氧化钛涂层被证明与细胞相容［32］。王全名等［32］通过观察成骨细胞（ＭＣ3T3-Ｅ1细胞）的状态、、、增殖、、、分化和矿化等，，，对硅二氧化钛涂层的生物活性进行了具体的体外钻研。与二氧化钛涂层和钛板上的细胞相比，，，种植在硅二氧化钛涂层上的细胞增殖速度显著更快，，，且能更好地粘附在发育成熟的细胞骨架上，，，即细胞骨架的大量肌动蛋白应激纤维呈此刻细胞膜中。
成骨基因表白分析批注，，，硅二氧化钛涂层能刺激成骨细胞有关基因的表白，，，进而推进ＭＣ3T3-Ｅ1细胞的分化和矿化。因而，，，硅钛涂层是一种很好的生物相容植入体资料［32］。翁正阳［33］制备出一种TiO2纳米管／可降解杂化高聚物多孔支架，，，该支架利于钙磷层的沉积及其理论亲水机能的提高；；TiO2纳米管的中空结构可负载各类无机、、、有机和小分子药物；；以布洛芬为模型药物，，，可降解高聚物对其拥有较长的缓释功夫。项艳凡等［31］通过仿生矿化处置，，，在纯钛理论上沉积了一层致密的碳酸化羟基磷灰石，，，钻研发现该沉积层与骨组织结合缜密，，，吸附了更多的蛋白质，，，从而提高了成骨细胞的初期附着率。
ＫHＥＲＡDＭＡNDFＡＲD等［34］钻研指出，，，细胞在超声波纳米晶体理论改性标本上比在未处置的标本上更易粘拥戴扩散，，，且细胞粘附面积提高2倍以上。
4、、、力学机能
为了满足钛合金的医用需要，，，一些钻研者们对钛合金的力学机能进行了钻研，，，了局如表1所示。
由表1可知，，，致密骨的抗拉强度可达到50～100MPa，，，抗压强度在80～230GPa，，，大于抗拉强度；；而弹性模量却在4～30GPa领域，，，延长率为1％～3％，，，近似为脆性断裂：Ｃ嘧垂堑目估慷群偷阅Ａ扛。生物医用合金的抗拉强度、、、弹性模量以及延长率均大于致密骨组织。低的弹性模量、、、高的强度以及大的延长率，，，是较梦想的医用硬组织植入体资料需具备的机能。因而，，，医用钛合金的力学机能指标重要体此刻强度、、、弹性模量和延展性上，，，钻研者们选取微量元素增长法或对钛合金铸锭进行处置，，，进而改善合金力学机能［9，，，35］。李元元等［9］将微量Fe元素增长到Ti69.7Nb23.7Zr4.9TA1.7合金中，，，制备的（Ti69.7Nb23.7Zr4.9TA1.7）94Fe6超细晶合金的屈服强度高达2425MPa，，，断裂强度高达2650MPa，，，断裂应变达6.91％，，，均匀弹性模量低至52GPa，，，可见其为一种优异的生物医用资料。在室温下烧结态Ti-13Nb-13Zr合金［35］的抗拉强度最高可达1037MPa，，，延长率最高可达16％。将微量的Nb和Al元素参与Ti-Mo合金，，，形成的Ti-15Mo-2.8Nb-3Al合金［35］抗拉强度达到1310MPa，，，且屈服强度也高达1215MPa，，，但弹性模量高于人骨的弹性模量。
冷轧时效处置可改善合金基体的颗粒巨细或析出第二相，，，进而提高合金的强度或降低弹性模量。ＺHＡNG等［23］发现Ti-6Mo-5Ｖ-3Al-2Fe合金经450℃时效后，，，β基体内形成针状的次生α相，，，抗拉强度可达1510MPa；；该合金经600℃时效后，，，延长率提高到12.2％，，，抗拉强度达到1170MPa。王雪萌
［21］对Ti-6Mo-5Ｖ-3Al-2Fe合金进行850℃热轧，，，热轧后合金抗拉强度可达939.5MPa，，，屈服强度可达856.7MPa，，，断后伸长率为12.0％。易琼华［43］钻研了时效和固溶处置对Ti-Zr-Ta合金力学机能的影响，，，发现合金经时效处置后产生调幅分化，，，随后再进行固溶处置，，，则随着Zr含量的增长，，，合金的屈服强度提高，，，弹性模量降落；；其中Ti-40Zr-20Ta拥有较高的屈服强度（1769MPa）和较低的弹性模量（83GPa），，，综合力学机能较好。FU等［37］提出了一种在α＋β双相结构钛合金中实现低弹性模量和高屈服强度的思路，，，通过成分优化和热机械处置，，，研制出一种α＋β型Ti-15Nb-5Zr-4Sn-1Fe合金；；通过热轧和随后在α＋β区退火形成嵌入亚稳β基体的超细晶α相，，，实现了低弹性模量和高屈服强度的优良结合。
王永善等［8］钻研Ti-Nb-Sn合金时发现，，，通过期效处置铸锭可降低Ti87Nb8Sn5合金的弹性模量，，，且弹性模量随着时效温度升高而降低，，，经973Ｋ时效处置后，，，合金弹性模量为36.2GPa，，，极度靠近人骨。其他医用合金［36，，，38-42］的力学机能也列于表1中。
在难熔高熵医用合金的钻研中，，，HUＡ等［44］别离调整各元素的含量以确定力学机能最优的合金成分，，，了局批注，，，体心立方固溶体结构的钛锆基难熔高熵合金阐发出高硬度和优良的耐磨性，，，如Ti-Zr-Nb-Ta-Mo合金阐发出比Ti6Al4V合金更好的干、、、湿耐磨性；；随着Ti含量的降低，，，难熔Ti-Zr-Nb-Ta-Mo高熵合金的耐磨性提高，，，且合金在湿摩擦前提下的磨损率低于干摩擦前提下的磨损率；；Ti-Zr-Nb-Ta-Mo合金在磷酸盐溶液中拥有较低的侵蚀速度以及较不变的钝化膜。
5、、、结语与瞻望
目前，，，钛基合金资料在骨科利用中比其他金属生物资料拥有显著优势，，，钛基合金的增材制作仍在逐步发展［45］。ＣP-Ti和Ti6Al4V是临床利用最宽泛的植入体资料，，，但均有肯定的弊端。这些植入体资料的弹性模量固然小于不锈钢和钴基合金，，，但仍大于人骨的弹性模量。β钛植入体的发展已达到降低弹性模量和提高委顿强度的主张。固然β型钛合金的弹性模量小于不锈钢和钴基合金的弹性模量，，，但仍大于人骨的弹性模量。弹性模量较低（约为55GPa［46］）的钛合金资料已被开发，，，且该合金拥有较低的耐磨性。
增长分歧的元素已被用来改善钛植入体资料的微观结构和力学机能。更多的多孔植入体资料也受到了出格的关注，，，因其有助于降低弹性模量并推进人骨向内成长。钻研者们仍在致力开产生物相容性更好的植入体资料。此外，，，分歧的理论处置工艺被用于改善钛合金植入体资料的机能，，，如耐磨性、、、耐侵蚀性和骨组织结合性。选取分歧的先进制备工艺，，，而后进行适当的理论涂层改性，，，可获得满足医用机能要求的钛合金植入体资料 ？？⒊黾崛、、、生物相容、、、耐侵蚀、、、耐磨、、、弹性模量更靠近人骨的植入体资料［47］，，，仍是钻研者们致力的方向。
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