钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性、比强度、抗疲劳力以及生物相容性，广泛应用于矫形外科和牙科植入体中。然而其表面硬度低、耐磨性差、生物惰性等是作为医用植入材料不容忽视的问题。经研究表明，通过激光表面改性处理，如激光表面合金化（LSA）、脉冲激光沉积（PLD）及激光表面熔敷陶瓷涂层等，以改善钛及钛合金的表面性能。
医用钛合金的表面改性应用简介
摘要：钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性、比强度、抗疲劳力以及生物相容性，广泛应用于矫形外科和牙科植入体中。然而其表面硬度低、耐磨性差、生物惰性等是作为医用植入材料不容忽视的问题。经研究表明，通过激光表面改性处理，如激光表面合金化（LSA）、脉冲激光沉积（PLD）及激光表面熔敷陶瓷涂层等，以改善钛及钛合金的表面性能。
医用生物材料一般有钴基合金、钽、钛及钛合金等，其中工业纯钛和钛合金以其优越的耐腐蚀性能、高比强度和良好的生物相容性、适于植入等特点而广关注。但钛及钛合金的表面硬度低、耐磨性差，使其应用受到限制。尽管TC4力学性能有所改善。但在摩擦过程中仍会由于发生咬死而引起剧烈磨损。而且通过腐蚀，合金中的钒离子形式进入人体，引起炎症，而铝离子则会诱发老年痴呆症。另外，钛及其合金都是生物惰性材料，只能与生长骨之间产生机械结合而不能形成化学结合，因而有必要对钛及钛合金进行表面改性。
常用的表面改性方法
1、物理化学方法：
（1）热喷涂：可分为电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂等。优点：取材广泛，可对各种基体进行喷涂，速度可控，操作简单效率高。缺点：不适用于形状复杂的生物金属材料基底；制备过程中温度较高；冷却时，结晶度低、弹性模量大、结合度低等。
（2）离子溅射：以高速离子轰击靶材，使涂敷材料粉粒溅射并沉积在金属基体上。优点：形成的涂层具有高密度、高粘附性等。缺点：涂层稳定性差，需后续热处理。
（3）喷砂法：将涂敷材料粉末直接高速喷出镶入基体表面。优点：方法简单易行，低温操作，涂层粉末不产生分解，成分稳定，涂层与基体间的结合力较高。
（4）离子注入法：将所需的元素在离子气化室中进行气化，通过高频放电使其离子化，以外加电场导出、聚束和加速，使其形成高能细小的离子束而打入材料表面。优点：①膜与基体结合好；②注入过程不要求升高基体温度；③工艺重复性好等。许多研究者报道了氮离子注入对Ti6Al4V合金表面成分、组织结构、硬度及摩擦学性能有良好改善效果。
2、形态学方法：
不在基体表面产生强化层或附加涂层，而是通过改善植入体的表面微观形貌来获得zui好的植入效果。主要方法有：等离子喷刷、超音振荡、激光束点融以及电化学晶界腐蚀等。
图1.激光处理钛合金表面形成多孔形貌
3、生物化学方法
将大分子蛋白质或酶等有机高分子物质引入基体表面，使其具有更优良的生物活性，因而具有更直接、更有效的特点。可以有效促进植入处伤口的愈合，加速植入体与周围组织的结合，同时也可提高植入体的安全性和使用寿命。（1）提高生物活性：在钛合金表面制备一层生物活性陶瓷涂层；（2）提高耐磨损性能：利用表面处理工艺在钛合金表面形成一层耐磨涂层，常用的有类金刚石碳（DLC）膜，氮化钛（TiN）涂层等；（3）离子束增强沉积（IBED）：利用IBED方法制备了CrC硬质膜，可用于钛合金的微动磨损防护。
结语：近年来人们运用表面工程的方法对提高医用钛合金材料的性能开展了大量的工作并取得一定的进展，但涂层与钛合金基体的界面结合强度较低仍是临床应用的瓶颈问题。因此从仿生原理、组织工程原理、基质控制矿化的思路出发，兼顾涂层的高耐磨性、优良的耐蚀性和生物相容性，研究适合钛合金特性的多功能表面涂层体系，运用新的涂层形成原理开发涂层制备新工艺是今后医用钛合金表面改性的一个重要发展方向。
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