α相和近α相的钛合金，其耐腐蚀性能极佳，然而强度较低；β相钛合金的抗腐蚀性能较好，弹性模量一般；α+β相钛合金兼具α相和β相钛合金的优势，由此其强度较高。总体说来，决定钛合金性能的主要条件有以下几个α相与β相的相对含量、化学组成及其热机械加工条件和热处理工艺。[[[] Poorganji B, Yamaguchi M, Itsumi Y et al。 Scripta Materialia。 2009, 61(4): 419-422]]

钛及其大部分合金表面存在化学稳定性较好的自然氧化层，因此钛及其合金耐腐蚀性强、化学稳定性较好、生物相容性优良。钛处于空气中时，会与空气中的氧发生反应，形成的氧化层，其厚度一般为3~7nm，其主要成分为TiO2，且在TiO2层与Ti基体之间是一个O/Ti比例逐渐变化的过渡层，其化学成分从TiO2逐步过渡到基体Ti。TiO2的等电点在5~6。7，在人体环境中多为酸性水解，所以钛表面往往表现为较弱的电负性，产生较多的[Ti-O]-，这能够促进材料表面形成类骨羟基磷灰石。[[[] 王秀红，卢晓英，姜法兴等。 生物陶瓷及其复合材料表面诱导类骨磷灰石层形成的研究。 功能材料，2008，39(4)：647-650]]

钛及其合金的发展经过了三个阶段，最初主要是纯Ti和Ti-6Al-4V，第二阶段以新型α+β型钛合金为主，其中最具代表性的是Ti-5Al-2。5Fe和Ti-6Al-7Nb，第三阶段广泛研究β型钛合金，力主开发与研制更好生物相容性和更低弹性模量钛合金。[[[] Yeung KWK, Chan RYL, Lam KO et al。 Surface & Coatings Technology。 2007, 202(4): 1247-1251]]

1。2。2 医用钛及其合金表面改性

表面改性是以改善植入体的耐磨性、抗腐蚀性和生物相容性为主要目的。虽然钛及其合金一般比其它金属材料的弹性模量要低许多，但其弹性模量仍然比骨骼的弹性模量要高许多，这一点极易造成结合处机械性能的不匹配。从化学成分上看，钛与生物骨骼截然不同，虽然钛与骨骼之间生物相容性较好，植入后接触面周围不会形成纤维包囊，但是钛合金与骨骼之间只是单纯的机械嵌连性的骨整合，而非强韧的化学骨性结合。[[[] Hao Y, Li S, Yang R。 Titanium alloy with extra-low modulus and superelasticity and its producing method and processing thereof。 US, 10/582233。 2010]]因此科研工作者开始重点关注钛合金的表面改性，以期改善其骨结合能力。然而针对钛及其合金经过表面改性后改性层的效能问题，至今无法统一。有学者认为钛及其合金经过表面改性后有利于其实际的应用，而有些学者则持相反观点。[[[] 刘宣勇。 生物医用钛材料及其表面改性。 化学工业出版社。 2009：16-20]]论文网

根据材料表面改性层的形成过程机理，目前钛及其合金表面改性技术总体说来有机械方法、化学方法和物理方法三大类。详情请见表1-1。[[[] 刘宣勇。 生物医用钛材料及其表面改性。 化学工业出版社。 2009：36-51]]

表格 1-1 材料表面改性方法

表面改性方法 改性层 改性目的

机械方法 切削 对表面进行机械加工形成粗化或光滑表面 特定的表面形貌；清洗和粗化表面；改善基体与镀层的结合

磨削

抛光

喷砂

激光刻蚀

化学方法 化学处理 酸处理 ～10nm的表面改性层