生物医用钛合金设计与加工全解析

📚 共计 30 章节

钛合金基础

钛的晶体结构、同素异构转变、合金化原理与分类（α型、β型、α+β型）

晶体学相变分类

生物医用钛合金发展史

从纯钛到Ti-6Al-4V，再到新型无钒无铝β钛合金的演进

历史β钛合金无钒

合金元素作用

Al、V、Nb、Zr、Mo、Ta等元素对相变温度、力学性能及生物相容性的影响

合金化生物相容性力学

生物相容性优先、低弹性模量匹配、高强度与疲劳寿命、耐腐蚀性

设计原则模量耐蚀

相图与热力学计算

Ti-X二元相图解读、CALPHAD方法在合金设计中的应用

相图CALPHAD热力学

d-电子合金设计法

基于DV-Xα分子轨道法的Mo当量与Bo-Md图设计β钛合金

d-电子Bo-Mdβ稳定

新型低模量合金

Ti-Nb系、Ti-Mo系、Ti-Ta系、Ti-Zr系合金的设计思路与性能对比

形状记忆与超弹性

Ti-Ni基形状记忆合金、Ti-Nb基超弹性合金的相变行为

形状记忆超弹性马氏体

多孔钛合金

孔隙率、孔径、连通性对弹性模量和骨长入的影响，制备方法对比

多孔骨整合模量

表面改性概论

为什么需要表面改性？物理、化学、生物方法分类

表面工程生物活性分类

喷砂与酸蚀

SLA工艺参数对表面粗糙度、亲水性和细胞响应的影响

SLA粗糙度亲水

MAO工艺参数（电压、频率、电解液）对氧化膜结构及生物活性的调控

MAO氧化膜生物活性

等离子喷涂

HA涂层、钛涂层工艺，结合强度与热稳定性问题

等离子喷涂HA结合强度

制备TiN、TiO2、DLC等功能涂层，工艺参数与膜层性能关系

磁控溅射TiNDLC

溶胶-凝胶法

制备生物活性陶瓷涂层（如TiO2-SiO2、Ca-P），低温工艺优势

溶胶凝胶生物陶瓷低温

碱热处理、酸处理、H2O2处理诱导羟基磷灰石沉积

生物分子固定

RGD肽、BMP-2、胶原蛋白等在钛表面的共价键合与释放

银离子掺杂、铜离子掺杂、抗生素涂层、光催化抗菌

抗菌Ag光催化

熔炼与铸造

真空自耗电弧熔炼、感应熔炼、精密铸造工艺及缺陷控制

熔炼铸造缺陷

锻造、轧制、挤压、拉拔对显微组织和力学性能的影响

锻造轧制组织

固溶处理、时效处理、退火对相组成和性能的调控

固溶时效退火

热等静压、放电等离子烧结、金属注射成型制备钛合金

粉末冶金HIPSPS

选区激光熔化、电子束熔化工艺参数对致密度、组织和性能的影响

热机械加工

加工-热处理耦合工艺（如ECAP、HPT）制备超细晶钛合金

ECAPHPT超细晶

力学性能评价

拉伸、压缩、弯曲、疲劳、磨损、微动磨损测试方法

力学测试疲劳磨损

电化学腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂及评价方法

腐蚀电化学SCC

生物相容性评价

细胞毒性、溶血、致敏、遗传毒性、植入实验标准

细胞毒性ISO植入

骨整合机制

钛-骨界面微观结构、成骨细胞响应、骨结合强度评价

骨整合界面成骨

临床应用案例

髋关节、膝关节、牙种植体、脊柱固定器、心血管支架

植入物关节支架

可降解钛合金、智能响应表面、4D打印、机器学习辅助设计

可降解4D打印AI