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生物金属材料具有优异的综合力学性能,包括高的比强度、良好的塑性和韧性、中等的弹性、高的硬度和优异的抗疲劳性能。然而,当需要这些材料植入人体发挥功能时,其表现为生物惰性。此外,这些材料无法预防和解决植入物引起的感染。材料植入人体后,经常发生骨/植入物界面早期骨愈合不足的情况和细菌感染,一旦发生感染,将会给患者带来沉重的经济负担和巨大的痛苦。至今为止,没有一种治疗方法能够保证快速彻底地消除细菌感染/生物膜定殖或防止植入物的二次感染,因此抗菌性能对提高服役材料的长期临床稳定性具有重要的意义。表面改性是赋予抗菌性能的常用方法,例如在植入物表面加入抗生素或抗菌剂,然而,与抗菌药物结合力不足、载药能力有限和释放速率难以控制等问题一直阻碍着其临床应用。因此,通过将抗菌剂固定于材料中,开发出具有长期有效抗菌性能的内禀抗菌材料具有重要意义。Cu在人体中具有促进成骨和血管生成、减少支架内再狭窄和血栓形成的发生、赋予抗菌性能等多种生物功能。因此,本文系统地阐述了一系列用于生物医用植入物的含铜钛锆合金的设计和开发,通过加入适量的Cu和采用合适的热处理制度,研制出Ti-15Zr-xCu（3≤x≤7,wt.%）具有良好力学性能、生物相容性和耐腐蚀性的新型抗菌合金。合金设计采用了键序（？）和金属d轨道（？）方法,从该假设获得的数据可用于预测合金的性能。合金锭在950℃-970℃的温度范围内进行热锻,在840℃-870℃的温度范围内进行热轧,随后在β转变温度（BTT）区间内或略高于该温度下进行不同的热处理。采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行化学成分分析,并使用氧气/氮气/氢气分析仪测定合金中的其它气体元素含量。使用差示扫描量热法（DSC）表征合金在0℃-1100℃范围之间的加热和冷却相变。利用X射线衍射进行相鉴定,并使用光学显微镜（OM）、配备能谱仪（EDS）的场发射扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察合金的显微组织形态。采用万能试验机和显微硬度进行合金的室温力学性能测试。使用浮力法测定密度来确定合金的强度重量比,并利用超声共振频率技术测定合金的杨氏模量。针对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌（S.aureus）和革兰氏阴性大肠杆菌（E.coli）进行合金的抗菌性能和生物膜形成情况评价。使用ICP-OES轴向光谱仪测量合金释放的Cu离子量。使用细胞计数试剂盒（CCK-8）检测细胞增殖率以评估合金的细胞毒性,并通过F-肌动蛋白丝染色观察细胞骨架来研究细胞在合金表面的形态。使用恒电位仪/恒电流仪,采用经典的三电极系统,研究合金的电化学腐蚀行为。使用接触角测角仪确定合金表面的润湿性。所有数据均表示为均值和标准差,并通过方差分析（单向方差分析）进行统计评估。首先,通过预测获得的（？）和（？）值表明,合金会具有由初生的全α相组成的结构和性能,且随着Cu含量的增加而向（α+β）相区移动。将Ti-15Zr-7Cu（TZC-7A）合金在稍高于其β转变温度（BTT）退火2小时后,其抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）和硬度（HRV）与不含Cu的Ti-15Zr（T-15ZA）相比,分别提高了 31.2%、20%和12.3%。尽管含3wt%Cu的合金显示出最大的延伸率（26%）,但TZC-7A合金也具有良好的塑性。X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜和透射电镜分析显示,由于添加Cu,在（α+β）基体中形成了均匀交织和交替片层的Ti2Cu和Zr2Cu等富Cu金属间化合物,这极大地提高了合金的强度和杀菌性能。合金对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均超过98%,同时具有出色的生物膜抑制作用。动电位极化曲线表明,TZC-7A合金具有比商业纯钛（cp-Ti）更高的耐蚀性能。接触角测试显示合金的亲水性增强。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和细胞计数试剂盒（CCK-8）分析也显示细菌在合金表面上的粘附性大大降低,合金没有细胞毒性。所有合金表面上的细胞粘附均相似,但24小时后细胞在TZC-7A上的扩展最佳。其次,通过不同的时效条件,进一步优化了Ti-15Zr-xCu（3≤x≤7）（TZC）合金的强度和塑性。XRD和SEM-EDS分析表明,不同时效条件导致Ti2Cu金属间化合物的大量析出,Zr2Cu和Zr7Cu10等第二相的少量形成,以及Cu和Zr在合金中的偏析。尽管富铜析出相不同,但释放的铜离子量仍远低于通过ICP-OES测得的细菌致死剂量LD50。进一步研究了不同微结构及其对合金的力学性能、耐腐蚀性和抗菌能力的影响。固溶处理并在660℃时效处理（STA）4小时后,合金可以获得最佳的性能组合,与延伸率为零的固溶处理（ST）合金相比,拉伸强度-UTS（945.88±24.8）MPa、屈服强度-YS（902.97±19.6）MPa和延伸率（8%以上）显著提高。电化学测试证实,STA Ti-15Zr-7Cu（TZC-7）、Ti-15Zr-5Cu（TZC-5）和 Ti-15Zr-7Cu（TZC-7）合金分别别进行 450℃/10 h、540℃/6 h和660℃/4h时效处理后,耐腐蚀性能均优于不含Cu合金（TZ）。通过平板计数法评估了材料的抗菌能力,与不含Cu合金相比,含Cu合金时效处理后对金黄色葡萄球菌具有很高的杀菌活性。本文研究结果表明,STA大大提高并优化了 TZC合金的强度和抗菌性能以及耐均匀腐蚀性能。因此,本文研究证实了强度、耐腐蚀性能和生物相容性均得到提高的抗菌TZC合金在生物医学领域中应用的可能性。