在幾類醫(yī)用植入鈦合金中，β型鈦合金的研究最晚，國外的前期基礎(chǔ)研究較成熟，國內(nèi)還處于前期試驗(yàn)階段，這需要更多的科研人員進(jìn)一步投入關(guān)注和研究，使科研及早轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，造福人類。在國內(nèi)外使用的醫(yī)用植入物金屬材料主要有：316、CoCr合金、鈦及鈦合金。與人體骨質(zhì)彈性模量相比，鈦及鈦合金最為貼近。目前該類應(yīng)用最多的是商業(yè)純鈦和Ti-6Al-4V為主，而新型的β合金，由于擁有與骨骼最相近的彈性模量，目前備受關(guān)注。其工藝設(shè)計(jì)為：

 

1、鈦合金成分

鈦合金設(shè)計(jì)中，α穩(wěn)定元素（Al,O,N等）和β穩(wěn)定元素（V,Mo,Nb等）決定了合金的類別歸屬。α合金僅有α相；近α合金含有少量β穩(wěn)定元素；α+β合金含有更高的β穩(wěn)定元素；β合金僅有β相。研究認(rèn)為：Nb、Zr、Mo、Ta作為醫(yī)用β鈦合金添加元素，添加到一定含量后，通過快冷可獲得亞穩(wěn)定β相，能有效降低合金的彈性模量，但此類合金元素的添加量不能過高，過高會(huì)導(dǎo)致脆性ω相析出，導(dǎo)致合金變脆，彈性模量增加。因此合理選擇并控制添加量是獲得理想低模量的關(guān)鍵。典型的是TNZ系列鈦合金（包括Ti-13Nb-13Zr、Ti-13Nb-20Zr等）。

2、熱處理

為獲得理想的β相組織，β型合金要進(jìn)行β相區(qū)充分固溶處理后快速冷卻（如水淬火）。歸納醫(yī)用β相合金的熱處理為：1）大變形量的冷變形+退火處理或大變形量的熱加工變形（β相區(qū)或α+β兩相區(qū)）；2)熱機(jī)械加工處理后，在β相區(qū)的充分固溶，快冷，盡可能地獲得全β組織。

3、晶粒超細(xì)化

細(xì)化晶粒是金屬材料獲得優(yōu)異綜合力學(xué)性能的有效手段。醫(yī)用植入物β鈦合金晶粒超細(xì)化處理后的優(yōu)勢是：1）不改變彈性模量的情況下，提高合金的強(qiáng)度，進(jìn)而提高服役壽命；2）提高了耐磨性，降低了植入物合金與骨骼及組織接觸產(chǎn)生的磨損；3）從材料加工成型角度看，超細(xì)晶粒的合金具有優(yōu)良的塑性變形能力，且具有超塑性特性，成型性非常好。研究中的方法是：采用等徑彎管擠壓法獲得超細(xì)晶粒。此外還有通過合金化合特定的熔煉方法獲得納米超細(xì)基體和微尺度枝晶β相的雙態(tài)組織。

4、表面處理

除鈦合金的強(qiáng)度和模量性能外，醫(yī)用植入物材料的表面耐磨性對其使用壽命的影響也很大，植入鈦合金耐磨性差將導(dǎo)致其過早的磨損而失效。改善植入物材料耐磨性的方法一般采用表面涂層，傳統(tǒng)的涂層設(shè)計(jì)主要考慮合金的生物相容性、耐蝕性及表面活性，如Al2O3、TiO2涂層等。近年來有采用離子植入、等離子噴射涂層、表面滲氮、表面滲碳等技術(shù)提高合金的表面硬度和耐磨性。特別是一種類金剛石碳（Diamond-like carbon）涂層，改善合金耐磨性效果顯著。除此外，鈦合金的近表面組織超細(xì)化處理，獲得亞微或納米相晶粒，也是提高材料耐磨性、抗疲勞的有效途徑。如采用循環(huán)感應(yīng)加熱淬火處理，利用感應(yīng)加熱的“集膚效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)鈦合金近表層瞬時(shí)感應(yīng)加熱升溫。