第二次世界大战以后，由于航空航天和军事产业对材料制备及加工工艺的严格要求，钛及钛合金开始应用于医学领域。
由于其良好的综合力学性能和可加工性、生物相容性，钛及钛合金被广泛应用于牙科、人体矫形外科以及医疗器械等医学领域，成为人工关节、骨创伤产品、人工牙齿等硬组织的替代或修复的优选材料。
对于生物医用材料，在其植入人体后，必须考虑生物相容性，即生物材料与组织、血液以及免疫和全身反应，同时又必须满足足够的强度和韧性，适宜的弹性模量，以及高度的稳定性（耐磨、耐蚀）和持久的耐用性（疲劳和断裂）等力学相容性。
但是，从目前应用来看，钛及钛合金仍然存在诸多问题，无法满足生物材料的所有要求，主要集中在以下几个方面：
第一，生物相容性较差
钛合金的弹性模量与骨组织弹性模量相比，约为骨组织的4~10 倍，植入后易产生“应力屏蔽”效应，在界面上机械性能不匹配，无法与骨形成强有力的化学性结合，仅为机械嵌连性结合，易与周围宿主骨组织分离而发生松动，导致植入失败。
第二，耐磨性相对不佳
钛合金摩擦系数大，在植入人体后，大量的磨损是由于摩擦和磨损的产生，导致钝化膜破裂，在周围组织的生物反应，导致各种炎症，抑制成骨细胞的增殖，使骨骼重塑紊乱和骨质吸收差，使植入体松动并最终导致植入失败。
第三，钛合金医用材料的抗腐蚀性还具有可提高空间
在自然条件下，钛合金的表面迅速与氧反应生成一层致密的氧化膜，这种氧化膜在自然条件下可长期稳定存在，并阻止钛合金与空气或水的反应，经过分析得出，钛合金在自然条件下耐蚀性能良好。然而，在较为复杂的人体中，引用钛合金材料在身体体液腐蚀作用下，表面氧化膜容易出现剥离或溶解可能性，疲劳性能劣化，并且在U 期间将植入有毒物质Al、V 等缓慢渗入体内，Al，V 元素具有一定的细胞毒性，可能导致骨组织表面无法生成磷灰石，对人体产生不利影响。
针对上述应用中的问题，人们通常通过两种途径来解决，提高医用钛合金的综合应用性能：
第一，通过合金成分设计、调节金属材料组织结构提高其应用性能。
第二，通过改变钛及钛合金材料的表面性能。目前，钛合金的表面改性在生物医学领域引起越来越多的关注。表面改性不仅保持了基质材料的优良机械和生物学性能，而且大大提高了其临床性能。
因此，采用各种表面改性技术来提高钛合金的生物相容性，耐磨性和耐腐蚀性已成为生物医用钛合金的热点问题。
1、羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）
涂层羟基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2）是人体骨骼和牙齿的重要无机组成部分之一，在钛及钛合金表面增加羟基磷灰石涂层后植入人体，磷和钙会游离出材料表面，被身体组织吸收，并促进生成新的组织。
对钛合金进行表面改性而得到的钛合金/ 羟基磷灰石涂层复合材料，兼具了良好的强度韧性和生物兼容性，引起了大量学者的广泛兴趣。HA 涂层和人体骨骼的成分以及构成相似，可以有效地促进成骨细胞的贴附和聚集，新骨可同时在周围骨组织的表面和HA 涂层的表面生长，它还促进植入物与骨组织之间的直接化学键合。较为常见的图层处理方法
有：等离子体喷涂、激光熔覆、激光凝覆、激光合金化、溶胶—凝胶法、水热合成、电化学沉积和离子注入等。Chien将纳米羟基磷灰石和精氨酸- 甘氨酸- 天冬氨酸多肽固定
在钛植入物表面，发现植入物具有显著的诱导成骨作用，促进成骨细胞分化，抑制成骨细胞凋亡。
Hanawa 发现钙离子注入可以加速磷酸钙在钛表面的沉积，从而提高钛的骨传导性。Kruoa 将磷离子注入钛表面，使钛的抗腐蚀性得到了显著提高。Maitz 通过实验证实了将Na 离子注入钛表面后，促进羟基磷灰石的沉积，提高生物活性。目前临床用HA 涂层虽然可改善钛合金植入物的生物活性，但仍然存在涂层与基体结合强度差的问题。随着植入体内时间的增长，基体与涂层的界面结合强度逐渐减小，这极大地降低了植入体的生物稳定性。
为了提高基体与HA 涂层的结合强度，研究者又进行了深入的研究。Montenero 等利用溶胶—凝胶法在基体与HA 涂层之间引入氧化钛或钙钛矿过渡层，从而成功制备出表面组织良好、无裂纹的HA 复合涂层，显著提高了复合涂层与基体的结合强度。
虽然许多学者已经研究和论证了HA 表面涂层在提高内部植物材料的稳定性方面的作用，但由于HA 涂层与衬底表面之间的结合力低，导致HA 层在注入过程中剥离，限制涂层的推广应用。
2、耐蚀耐磨涂层
钛合金作为植入材料植入人体后，在体液的长期侵蚀下，表面的钝化膜被溶解，抗腐蚀性能严重下降，对人体产生不利影响，因此提高植入物表面抗腐蚀性能变得尤其重要。朱胜利等通过实验考察了化学表面处理对医用TiNi 形状记忆合金耐蚀性能影响。实验结果表明，经化学处理后的合金表面形成了活钙磷层，使合金在人工模拟环境中的耐蚀性得到了提高。
Wu 等采用等离子束沉积技术在Ti-6A1-4V 合金表面制备了类金刚石复合涂层，研究了复合涂层在3.5%NaCl 溶液中的腐蚀性能。结果表明：复合涂层有效的提高了钛合金的耐腐蚀性能。吴晓宏等采用微弧氧化法在钛合金的表面制备陶瓷层，形成了均匀一致的陶瓷膜。
对改性前后的钛合金进行电偶电流和循环伏安测试，证明改性后表面陶瓷膜层的存在明显提高了基材的耐腐蚀性能。秦妍梅等利用双辉等离子渗金属方法在纯钛表面制备了
Mo-N 改性涂层，并考察了试样在0.5 mol/L 的稀硫酸溶液中的耐蚀性。
结果表明，经Mo-N 共渗后钛合金的耐腐蚀性能明显提高。陈飞等采用辉光离子渗碳技术在Ti-6A1-4V 合金表面制备了TiC 涂层。考察了改性前后试样在0.5 mol/L 稀硫酸溶液中的腐蚀性能。结果表明：改性后钛合金表面耐蚀性能显著提高。
目前开发的医用钛合金仍存在耐磨性能较差的问题。对于金属植入体，特别是人体关节而言，应当具有良好的耐磨性，避免因经常磨损而失效。
因此在钛合金表面形成一层耐磨层来提高其耐磨损性能尤为重要[8]。马等在Ti-6A1-4V 合金表面上通过微弧氧化方法合成了TiO2 涂层，并研究了涂层在人工模拟体液中的摩擦学性能。
结果表明，与Ti-6A1-4V 基体合金相比，涂层的磨损量减少，摩擦磨损性能显著提高。王风彪等用微弧氧化法在钛合金表面制备羟基磷灰石（HA）膜，考察了浸泡在模拟体液中的膜的耐磨性。结果表明，膜的厚度随浸泡时间的增加而增加。
浸泡后，随着摩擦时间的增加，薄膜的摩擦系数先增大后减小，耐磨性提高。Wang 等采用物理气相沉积法在TC4表面制备TiN 涂层，并对人工模拟体液中涂层的耐磨性进行了分析。结果表明，与TC4 基体合金相比，改性合金的比磨损明显降低，耐磨性显著提高。
结果表明，TiN 复合涂层能进一步提高涂层与基体的结合强度，改善涂层的摩擦学性能。黄楠等准备一个TiN/Ti-O 梯度涂层，该涂层是在TC4钛合金表面制备的，结合等离子体浸没注入与沉积技术下完成。实验研究了涂层的磨损性能和力学性能。结果表明，复合涂层的硬度为19.5 GPa左右，耐磨性能具有显著提高。
3、表面抗菌涂层
长期植入生物医用材料会导致细菌和其他微生物粘附在其表面，导致感染。人工种植牙与人造关节等人体植入类医疗器械被大众所接受，医疗器械引起的细菌感染已成为各临床科室关注的重要问题之一。
目前在我国牙科植入领域，钛合金以其优良的耐腐蚀性、综合力学性能及生物相容性占据人工种植牙材料使用巨大比例。骨创伤产品和人造关节（如人体硬组织替代物和假体）的首选材料。
但生物医学钛及其合金植入材料在植入人体后也会遇到感染问题。一方面要减少细菌污染，包括在植入生物材料之前彻底治愈慢性感染，生物材料植入过程以严格的无菌操作和用预防性应用抗生素。另一方面，生物材料的性能应该得到改善和提高。最有效的方法之一是生物医学钛合金的表面改性。
钛合金表面抗菌涂层的改性大致可可分为两类即活性与惰性，这取决于抗菌物质在涂层中的有效性。
惰性抗菌涂层不会自动将杀菌物质释放到周围组织中，而活性涂层从周围组织释放杀菌物质，如抗生素，阻止细菌粘附或杀死细菌。惰性抗菌涂料主要抑制细菌粘附，如以物理或化学方式在钛合金植入物表面上构建抗菌聚合物涂层。
但Hetrick 指出，惰性涂料减少细菌粘附，很大程度上取决于细菌的种类。
活性抗菌涂层可以主动释放抗菌成分，头孢菌素，羧苄青霉素，阿莫西林，头孢霉素，万古霉素等抗生素已用于骨水泥和羟基磷灰石涂层中，但涂层添加方法和最佳释放动力学仍然是很多问题。还未得到有效没解决。Campbell 将释放药物洗必泰吸附在TiO2 层，具有良好的抗菌作用。此外在Ti 合金表面进行透明质酸、壳聚糖等聚合物修饰，也可以起到很好的抗菌作用。
鉴于抗生素耐药性和其他风险，近年来非抗生素涂层的研究一直蓬勃发展。含Ag 的抗菌涂层是抗生素涂层最有前途的替代品。Ag 一方面对细菌粘附有较好的抑制作用，另
一方面具有广谱抗菌性，对革兰氏阴性和阳性菌有持久的抗菌作用。
闫凤英采用在电解液中加入Ag2O 中，乙二醇作为分散剂进行了载银HA/TiO2 的复合微弧氧化膜的初步制备，获得了最高银含量为1.67％的MAO 薄膜。但该文献并未对银的分布，存在形式，进入机制和抗菌性能进行进一步的研究。Futao 等在电解液中加入AgNO3 和H2PtCl6，使Ag，Pt 添加到材料中。
在实验中发现银的引入提高了反应剧烈强度，提高了电解液温度。
根据在材料表面生长的细菌的特性，可以发现，为了得到有效的抗菌材料，需要抗菌剂具有高效和快速的抗菌效果，细菌在未侵入医用材料表面前就已经将其杀死。如何使涂层不仅具有良好的力学性能，如粘接强度，但也使它成功地负载一定量的银离子抗菌剂，达到符合要求的抗菌效率和长效抗菌，是目前医用钛合金材料和器件表面抗菌涂层的主
要研究目标。
4、结语
如何改进和提高生物/ 力学相容性和植入物安全性，是生物医用钛合金永久的研究课题。实验及应用研究证明，医用钛及钛合金的表面改性材料与技术为其性能的改善提供
了一个思路。
如何对现有涂层制备技术进行优化、开发新型涂层成为以后研究的热点与方向。
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