剧烈塑性变形技术及在医用钛合金上的应用

剧烈塑性变形(SPD)能使材料同时具有良好的力学性能和优良的生物相容性能。与传统的钛合金相比,超细晶生物医用钛合金具有更高的强度、更好的耐腐蚀性和抗疲劳性能。重点论述了剧烈塑性变形技术及其在医用钛合金中的应用,详细地阐述了4种SPD细化晶粒方法。     

亚稳β钛合金在生物医学领域的研究进展

钛及钛合金因生物相容性优异、弹性模量低、综合力学性能良好及耐腐蚀性强被广泛应用于生物医学领域,成为继不锈钢、钴铬合金后最有前景的医用金属材料之一。本文从生物力学性能、生物耐腐蚀性及生物相容性和抗菌性角度出发,介绍了近10年来亚稳β型钛合金在生物医用领域的发展现状和研究进展,重点探讨了通过改变合金元素组成、热处理工艺及合金加工成型方法来改善β型钛合金生物力学性能的研究进展。     

新型生物医用钛合金研制成功

开发低模量、生物相容性优良及力学性能匹配的新型医用钛合金是目前国际生物材料领域研究的前沿和热点。我国无自主知识产权的医用金属材料及相关产业体系，无法满足量大、面广的人体硬组织修复与替代外科植入产品的需求。     

国外生物医用钛合金的发展现状

综述了近年来国外在生物医用钛及钛合金方面的研究与开发现状。为了取代普遍使用的Ti-6Al-4V合金,研发了多种无毒无敏感性元素、低弹性模量、高力学性能的新型β型钛合金;采用多孔技术并调节孔隙率,使材料的弹性模量与人体骨骼基本相当,通过将聚合物渗入到多孔钛的方法弥补多孔钛强度的降低,并使材料具有更好的生物相容性;为适应矫形外科领域的需求,开发了多孔TiNi超弹性形状记忆合金,从而克服了骨与植入体之间结合力弱以及弹性模量不匹配的弊端。此外,研发了多种不含毒性和过敏性元素的β型超弹性形状记忆钛合金,可以替代TiNi合金而更安全地应用于医学领域;开发了多种钛的表面改性技术,通过改性层的沉积及表面硬化使植入体的生物相容性和抗磨损性得到提高。     

钛及钛合金表面纳米管的生物功能化研究进展

钛及钛合金因为其良好的生物相容性和力学性能,作为生物医用材料得到广泛使用。通过表面处理后,可以在钛金属基体表面获得氧化钛纳米管阵列。氧化钛纳米管阵列的管径和长度尺寸可控,通常具有大表面积、强吸附性和超亲水性,可以提高钛及钛合金基体的生物相容性和耐腐蚀性能,为进一步赋予其更多的生物功能性奠定了基础。对钛及钛合金表面纳米管再次表面改性后,可使其具有更好的促进骨整合、抗菌消炎、药物响应可控释放、生物荧光成像等功能,在生物医学领域应用潜力巨大。介绍了钛及钛合金表面纳米管的制备方法,分析了氧化钛纳米管阵列的生物学特性,探讨了纳米管的物理特征对细胞行为的影响,对二次表面改性(包括碱处理、水热处理、电化学沉积、溶胶-凝胶法)影响氧化钛纳米管生物功能性的研究进展进行了综合评述,总结了氧化钛纳米管作为药物载体在药物缓释、响应性释放和疾病检测等生物功能化方面的进展情况,提出了对氧化钛纳米管生物功能化研究的一些问题,并展望了其未来发展方向。     

Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr合金碱处理表面生物活性陶瓷改性

钛合金作为外科植入材料是近年研究和应用的热点,但纯钛的力学性能较差,Ti-6Al—4V ELI合金含有毒性元素V,均不是理想的材料。最近,日本开发的Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr（TNTZ）β钛合金,其弹性模量较低,可通过机械热加工控制其力学性能,在医用领域有巨大的应用前景。但该合金的生物相容性还稍有不足,直接与骨结合的生物活性很差,因此有必要对其进行表面改性处理研究。     

ECAP制备超细晶生物医用钛及钛合金的研究进展

钛及钛合金由于质轻、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异,已成为应用最广泛的生物医学金属材料之一。然而,较低的塑性、耐腐蚀性能和耐磨损性能限制了其发展和应用。剧烈塑性变形被认为是对金属材料最有效的晶粒细化方法之一,其中,等通道转角挤压（ECAP）是制备块状超细晶（UFG）/纳米晶金属材料的常用技术。通过ECAP变形,可以制备具有优异综合性能的UFG钛及钛合金。本文综述了生物医用UFG钛及钛合金的ECAP制备方式,着重讨论了ECAP变形对钛及钛合金的组织、力学性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能的影响,分析了钛及钛合金的ECAP变形机制和晶粒细化机制,提出了通过ECAP变形结合传统塑性加工和变形后热处理来进一步优化钛及钛合金综合性能的想法。     

可降解锌基骨植入材料及其表面改性研究进展

医用锌及锌合金有望成为新一代可降解骨植入物材料来促进骨缺损的修复。概述了可降解医用锌基材料的优势,包括较好的生物安全性和抗菌效果、能促进植入部位周围血管和新骨的生成以及骨相关基因的表达能力。在此基础上,从基底材料、细胞种类及实验结果等方面系统总结了近年来关于可降解医用锌基材料生物相容性和降解行为的研究。同时,归纳了可降解医用锌在临床修复骨缺损方面所面临的主要问题和挑战,包括较差的力学性能和较强的细胞毒性。可降解医用锌较差的力学性能可以通过合金化进行改善,概述了多种新型医用锌合金的力学性能及其生物相容性。表面改性是提高可降解医用锌基表面生物相容性和调控降解的有效手段。从基底样品、表面改性手段、使用的细胞或动物模型以及细胞相容性和降解行为等方面,综述了近年来可降解锌基骨植入材料表面改性的研究现状,提出了可降解锌基骨植入材料表面改性目前所面临的难点问题,包括传统表面改性手段加剧了锌离子的释放或在表面改性后可降解医用锌的生物相容性改善功效不足,以及未来的发展方向。     

钛合金牙种植体焊缝的表征

钛及钛合金具有高的生物相容性、低密度、良好的力学性能以及优良的抗腐蚀能力，是生物医用领域的首选金属。钛基合金在牙科领域已有广泛应用，它们的焊接能力也成为该领域的热议主题。当前钛基合金牙种植体的焊接问题主要是热影响区的形成以及钛在高温下易与氧、氢、氮发生反应，这些都会对种植体的长期使用造成影响。     

可降解镁基金属的生物相容性研究进展

镁基金属以其良好的生物相容性、与骨组织匹配的力学性能以及在人体内可降解吸收等特点,成为极具临床应用前景的新型生物可降解植入材料,未来有望替代传统的医用金属材料(如不锈钢、钛合金等)应用于骨科内植入器件、心血管支架等领域。本文综合评述了近年来国内外可降解镁基金属的生物相容性研究进展,从合金化和表面改性2方面对镁基金属的体内外细胞相容性、血液相容性和组织相容性等相关研究进行了介绍,并对镁基金属未来在临床上的应用和发展趋势进行了展望。     

钛合金表面织构化与构建生物活性涂层的研究进展

医用钛合金作为临时基质的植入材料对周围新组织的生长具有特殊的诱导作用。针对椎弓根螺钉固定系统对钛合金基材表面机械性能和生物活性的共同需求,表面织构与生物活性涂层对钛合金表面的改性展示出独特的优越性。文中详细介绍了钛合金表面织构化对其摩擦学性能和生物相容性的影响,以及构建生物活性涂层的种类;总结了钛合金表面织构的作用机理,生物活性涂层的改善机制,阐述了表面织构化与构建生物活性涂层各自的局限性,并指出钛合金作为生物医用材料仍需要解决的问题及未来的研究趋势。     

生物医用钛合金的研究进展

钛合金具有较低的弹性模量、优异的耐腐蚀性能和生物相容性,是理想的生物医用材料.综述了医用钛合金的发展过程及新型医用β钛合金的研究现状,以及开发的新合金系列.目前开发的医用钛合金中,Ti-35Nb-7Zr-5Ta和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金的弹性模量为55 GPa,与致密骨的弹性模量很接近,与人体骨有较好的...     

3D打印医用钛合金研究进展

钛合金拥有较高的比强度、较好的耐蚀性能与生物相容性,其在医用植入物的应用市场前景十分引人关注。但传统医用钛合金植入物常采取铸造的生产方式,产品种类单一,无法满足"精准医疗"的诊疗目标。3D打印技术以其丰富的加工方式在医用钛合金方面应用优势逐渐凸显。本文介绍多孔医用钛合金的发展历史及3D打印钛合金的制造现状,分析现有3D打印医用钛合金的技术壁垒,并为未来3D打印医用钛合金的发展方向提供建议。     

医用钛合金及其表面活化的研究现状

医用Ti合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和生物相容性,在医学临床上获得广泛应用,但是其耐磨性能和生物活性等方面仍不够理想,耐腐蚀性能也有待于进一步提高.开发具有更佳综合性能的医用钛合金,或对现有成熟医用钛合金进行表面改性是解决上述问题的有效途径.本文综述了医用钛合金的发展及其存在的问题和表面活化研究进展,并对医用Ti合金的表面活化的前景进行了展望.     

多孔钛合金拓扑优化设计及性能研究

为了得到良好力学性能和高渗透性的钛合金多孔结构,需要在多孔结构的孔隙率与其强度之间保持权衡。以人体膝关节胫骨假体为研究对象,首先,根据胫骨受力状态,采用拓扑优化设计并重构不同载荷工况下的抗压、抗剪单胞结构(TO-P1、TO-P2、TO-S1、TO-S2),与几种常见的基本单胞结构(BCC、FCC、RDC、DCC)进行研究比较;其次,通过对不同类型多孔钛合金进行压缩、剪切性能仿真,研究不同拓扑形态的多孔钛合金关于抗压、抗剪的力学性能,并采用SLM技术成型多孔钛合金压缩试件,验证了仿真分析的有效性;最后,选择力学性能较优的4种多孔钛合金进行渗透性分析。结果表明,TO-S2结构的抗压、抗剪力学性能和渗透性能最为出色,适合作为压剪载荷类植入物的多孔结构。     

Korrosionsverhalten und Biokompatibilität von Titanlegierungen für Implantate

Corrosion behaviour and biocompatibility of titanium alloys for implants Generally titanium alloys have proved to be suitable for implants. But there exist scruples concerning to toxic alloying elements, which were the reason to start comparative examinations with various kinds of titanium alloys. Because of bad reproducibility and high expenditure the obvious way to qualify different alloys by biocompatibility was not practicable. Therefore those properties which can be regarded as prerequisites of good biocompatibility were tested in saline. These are high corrosion resistance and high resistance of the passive layers. Extensive tests demonstrated the suitability of all alloys but no significant differences between titanium and its alloys TiAl6V4, TiAl5Fe2,5, TiAl7Mo4 and TiAl5Nb7. High variances and outlayers indicate that surface treatment is more important than chemical compositions of titanium alloys.     

泡沫钛合金的研究进展

泡沫金属是近年来发展的新型功能材料,它具有很多优异的性能。钛合金具有优异的物理和机械性能,泡沫钛集中了泡沫材料的功能和钛合金的优异性能,近年来成为研究的热点。本文综述了泡沫钛合金的制备方法、机械特性以及在军事和日常生活中的应用,并对泡沫钛以及泡沫钛铝合金材料的应用前景进行了展望。     

激光成形制备生物医用钛合金材料研究进展

激光成形制造技术是在快速原型技术的基础上结合激光加工技术发展起来的一项高新制造技术.它能够通过不同的加工方式调整结构及功能零件的性能,满足复杂致密或者多孔钛合金生物医用材料的成形需求,实现医用钛合金零件的个性化设计和制备,因此在医用钛合金人工肢体和植入体领域方面具有巨大的应用潜力.目前在制备生物医用钛合金材料领域研究较多的激光成形制造技术主要有激光立体成形和选择性激光烧结/熔化.本文综述了这两种激光成形制造在生物医用钛及钛合金制备方面的应用情况和研究现状,并指出了该领域未来的发展趋势.     

Influence of Electropolishing and Magnetoelectropolishing on Corrosion and Biocompatibility of Titanium Implants

Titanium alloys are playing a vital role in the field of biomaterials due to their excellent corrosion resistance and biocompatibility. These alloys enhance the quality and longevity of human life by replacing or treating various parts of the body. However, as these materials are in constant contact with the aggressive body fluids, corrosion of these alloys leads to metal ions release. These ions leach to the adjacent tissues and result in adverse biological reactions and mechanical failure of implant. Surface modifications are used to improve corrosion resistance and biological activity without changing their bulk properties. In this investigation, electropolishing and magnetoelectropolishing were carried out on commercially pure titanium, Ti6Al4V, and Ti6Al4V-ELI. These surface modifications are known to effect surface charge, chemistry, morphology; wettability, corrosion resistance, and biocompatibility of these materials. In vitro cyclic potentiodynamic polarization tests were conducted in phosphate buffer saline in compliance with ASTM standard F-2129-12. The surface morphology, roughness, and wettability of these alloys were studied using scanning electron microscope, atomic force microscope, and contact angle meter, respectively. Moreover, biocompatibility of titanium alloys was assessed by growing MC3T3 pre-osteoblast cells on them.