钛合金的电化学行为与生物活性研究(4)
和最低滑移应力之间时，出现马氏体转变相。因此，增加合金的相向马氏体转变
的应力最大值会促进马氏体的生成。也就是说，可以通过控制合金元素的固溶强
化来使位错固定，使合金在变形后依然可以根据“记忆”恢复原来的形状。 美国军方发现了种钛合金——TiNi 合金，他可以比较轻易的生成马氏体，
因此有明显的形状记忆效应，6年后此项技术便成熟并大幅投入了使用。随后的
研究发现，由于位错固定，这种合金同样有十分优异的超弹性。我国对此种合金
进行了很多的应力与生物实验，实验得出其具有良好的生物相容性，并用于口腔
产品。目前国内对于 TiNi 合金的认识现状是：将金属机械挤压，淬火和时效处
理后或者加入另外的元素变成其他合金后测定 TiNi 合金的相含量和物理性能有
没有发生变化，从而提高这种钛合金的耐腐蚀性。
不过 Ti-Ni 合金表现出良好的超弹性和形状记忆特性，但由于其中超过 50%
为Ni 元素，存在对人体潜在的毒副作用，所以人们致力于寻找代替 Ni 元素的材
料。
1.3.3 生物钛合金的性能要求
生物材料不仅要求无毒性，并且不能对生物体产生排异效应。但是，所有的
应用与人体的金属对于生物体基本上都是异物，都是有可能产生排异，这就是这
种材料的生物相容性。生物反应不仅存在化学相互作用，也存在力学相互作用
[10]
。材料本身有其独有的力学性能(弹性模量和强度等)，这些生物性能有时也对
材料与生物体的相容性产生影响。在人工关节、、人工齿根等目前人们使用中的
生物材料中，材料的弹性模量比生物组织本身的高得多，这种不匹配或者异常会
对生物组织产生力学影响，从而会促进生物组织的反应[11]
。这种因弹性模量不相符而产生的问题(人工骨关节和腿骨之间产生的连接有缝隙或者松弛等)成为硬
组织植入件失效的主要原因之一。
钛合金有优异的耐腐蚀性，进入人体后不会被体液所损坏，且其进入人体后
的排异反应不大，可以应用一些高强度的钛合金作为硬组织修复替代材料。最初
用作人体骨替代的合金是 Ti6Al4V，但此合金在进入人体会随着使用时间增长而
释放少量钒(V)，钒对人体有毒性且累计过量会引起相关疾病。人们又研究出来
Ti6Al7Nb合金，原本合金中的 V变成了Al，Al 的弹性模量不高使得此种合金更
加接近于人骨的构造，但是 Al 的存在可能引起骨质疏松溶解和神经紊乱[12]
。另
一方面，这两种金属与人骨的适配性太差，弹性模量与人骨相差太多，这会导致
在同时受到应力时，金属和骨骼由于弹性模量不同在受力后发生的形变量不同，
从而在接触面产生相对位移，导致造成接触面处联结的紧密度下降从而发生滑
动；另外由于材料材质差的太多，在有应力产生时，先传导到金属材料上在传导
到人体，这期间两种物质由于形变量不同，会使得应力被吸收，从而产生应力屏
蔽现象[13]
。根据 ISO 的规定，一种生物材料如果想要应用于人体就必须通过以
下两种实验才能进行使用：一是在实验动物体内实验，先将要用的材料送入实验
动物体内培养，随后每隔一段时间即连带材料周围部分组织取出部分材料，做组
织学检查；另一类是体外实验，即将所选的生物材料放到模拟体液是反应溶液中
来模拟材料进入人体的行为，观察材料会对人体产生怎么样的影响。