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钛基金属因具有较高的强度和较低的弹性模量,在医学上被广泛用作硬组织替代材料。但是,钛基金属也存在许多临床问题。主要表现在钛基金属属于惰性材料,无法与周围组织直接形成良好的骨结合,因此生物活性差。同时钛基金属耐腐蚀性、耐磨损性较差,易导致机体炎症。通过表面改性技术可提高钛基金属的生物活性和生物相容性。实验采用水热-等离子喷涂复合法制备Ti/Ti O2/Ta复合梯度材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪等对复合梯度材料的晶体结构、微观形貌、表面粗糙度、表面润湿性进行表征。实验对钛表面进行酸处理法提高其表面粗糙度,最终获得了同向排列的微米台阶结构,最佳工艺参数为酸处理温度25℃、以0.53 mol/L HF和0.29 mol/L HNO3体积比为1:1的混合酸处理10 min。采用水热法在具有微米台阶的钛表面原位生长Ti O2纳米棒,其最佳参数为Na OH浓度5 M、水热温度130℃、热处理温度450℃,形成的纳米棒与钛基底结合牢固,由锐钛矿Ti O2和金红石Ti O2构成。采用等离子喷涂法在具有Ti O2纳米棒的钛表面喷涂钽粉末,制备的钽涂层的最佳工艺参数为喷涂电压60 V、喷涂距离150 mm,钽涂层有效厚度达75μm。最终形成Ti/Ti O2/Ta复合梯度材料。形成的复合梯度材料是钽、钛元素梯度分布。钽涂层与钛基体结合良好,结合力为66 N。复合梯度材料的硬度为4554 MPa,接近人体骨硬度,一定程度增加了材料的耐磨损性。复合梯度材料的腐蚀速度为0.547×10-6 A/cm2,只有钛基体的17%,耐腐蚀性得到明显的提高。复合梯度材料的表面能为63.4 m J/m2,改善了材料的润湿性。试样在模拟体液(SBF)中浸泡14d后,普通钛金属表面没有新物质生成。复合梯度材料表面羟基磷灰石(HA)的沉积量远大于钛基金属,表现出优异的生物活性。细胞毒性实验显示医用钛金属、微米台阶试样、Ti O2纳米棒试样、复合梯度材料四组试样均无细胞毒性。