β-Ti35Nb5Ta合金电化学阳极氧化：面向生物医学应用的表面功能化与机械性能协同优化

【编辑推荐】本研究通过电弧熔炼-热锻造-固溶处理制备β-Ti35Nb5Ta合金，采用0.30% HF溶液20V电压阳极氧化1小时构建自组织TiO2纳米管层。该技术通过Nb/Ta协同调控Ti-O空位缺陷化学，显著提升表面粗糙度、刚度（nanoindentation测试）及纳米级电活性（cAFM/Kelvin探针验证），为骨科植入物（E<60 GPa）的骨整合（osseointegration）与长期性能提供创新解决方案。

　　

Highlight

β型Ti35Nb5Ta合金的电化学阳极氧化研究揭示：通过20V电压在0.30% HF溶液中处理1小时，成功构建具有均匀形态、强附着力的自组织TiO₂纳米管阵列。原子力显微镜（AFM）与纳米压痕分析显示，阳极氧化区域呈现粗糙度与刚度梯度增长，而导电AFM（cAFM）和开尔文探针显微镜证实晶界表面电活性显著增强。这些改善源于Nb/Ta对Ti-O空位缺陷化学的协同调控，为定制化纳米结构氧化物层提供了新策略。

Microstructural Characterization by OM and X-ray Diffraction Analysis

光学显微镜（OM）与X射线衍射（XRD）分析表明，Ti35Nb5Ta合金呈现单一β相（BCC）结构，具有粗大等轴晶（平均粒径286±17μm）。热力学模拟（Thermo-Calc）验证了59.40% Ti-33.70% Nb-4.78% Ta的化学成分与β相稳定性（钼当量Mo_(eq)=10.9），有效抑制马氏体转变。

Conclusion

微分析技术证实β相（ρ=5.65±0.03 g/cm3）的主导地位，电化学阳极氧化通过调控Nb/Ta含量优化了表面纳米管形貌。该技术为骨科植入物开发提供了兼具低弹性模量（E<70 GPa）、高强度和生物活性的表面工程方案，有望解决应力屏蔽和骨吸收等临床挑战。