钛是一种以其出色的强度、高强度重量比和抗腐蚀性而闻名的金属，在航空航天、生物医学植入物和海洋工程领域有广泛的应用[1]，[2]。
尽管钛及其合金具有许多优点，但在耐磨性方面仍面临挑战。纯钛的硬度相对较低，导致在摩擦强度高的应用中（如运动部件或接触点）磨损率较高。虽然某些含铝和钒等元素的钛合金耐磨性有所提高，但在这些应用中磨损问题仍然显著[1]，[2]。
由于钛及其合金具有良好的生物相容性和力学性能，它们是最常用的骨科植入物材料之一。特别是Ti6Al4V合金，在生物医学领域应用最为广泛。该合金具有优异的强度、低密度和出色的抗腐蚀性，主要用于骨科植入物、牙科设备和手术器械。其耐生理环境的能力以及轻质特性使其成为需要承受机械载荷并促进与骨组织整合的长期植入物的理想选择。然而，由于相对较差的摩擦学性能（如疲劳断裂、磨损、摩擦腐蚀等），以及对铝和钒离子释放的担忧，研究人员正在探索替代合金或改进Ti6Al4V表面处理的方法，以减少磨损和/或离子释放[1]，[2]，[3]。
除了合金化外，还有一些其他方法用于提高钛的耐磨性，例如硬质涂层（如DLC、TiN或TiC）[4]，[5]、基于扩散的表面硬化工艺（如氮化）[6]，[7]或电化学表面处理（如阳极氧化）[8]，[9]，[10]，[11]，[12]，这些方法可以在钛表面形成保护性氧化层。然而，许多方法单独使用时效果不佳，应用过程中存在各种问题，或者成本较高[13]，[14]。
阳极氧化是一种经济有效的电化学工艺，可在金属（通常是铝、钛及其合金）表面形成保护性氧化层。该工艺通过增厚金属表面原有的氧化层来改善表面性能。在阳极氧化过程中，金属浸入电解液中并通电，使金属充当阳极。根据阴极材料、电流密度、处理时间和电解液类型、温度等因素的不同，该过程会导致可控的氧化，形成多孔氧化膜。处理后的表面更硬，更耐环境侵蚀，因此成为医疗植入物等不同产品中常用的表面处理方法[15]，[16]，[17]。
近年来，另一种减少机械磨损的技术是表面纹理处理。通过在宏观、微观或纳米尺度上创建特定的图案、结构或地形，可以增加耐磨性、降低摩擦并提高材料的整体性能。相关研究表明，材料的摩擦学性能可以得到改善。然而，这种改善受多种因素影响，如纹理密度、深度或几何形状，以及操作条件（包括滑动速度、法向载荷、测试环境和持续时间等）[18]，[19]，[20]，[21]，[22]。创建表面纹理可以采用机械方法（如激光或电子显微结构形成、表面硬化、等离子涂层、等离子蚀刻或喷丸处理），以及酸性或电解蚀刻[23]，[24]，[25]，[26]，[27]，[28]。
选择性激光熔化（SLM）是一种先进的增材制造（AM）工艺，能够直接从数字设计生成复杂的净形金属零件。该方法中，一层细金属粉末均匀分布在构建平台上，高功率激光根据设计模型精确扫描并熔化指定区域的粉末。该工艺将金属颗粒熔合在一起，逐层形成零件的所需截面。SLM可以制造出传统制造方法难以实现甚至无法实现的复杂设计，因此也可以用于创建具有不同几何形状的表面纹理[29]，[30]，[31]。根据工艺类型、生产技术和应用领域，增材制造方法可以使用多种金属。纯钛或合金金属常用于植入物生产。其中，Ti6Al4V合金因其优异的强度、低密度和抗腐蚀性而成为首选材料。它主要用于骨科植入物、牙科设备和手术器械。由于其耐生理环境的能力和轻质特性，Ti6Al4V成为需要长期承受机械载荷并促进与骨组织整合的植入物的理想选择。尽管如此，由于疲劳断裂、磨损、摩擦腐蚀等问题，以及对生物力学兼容性或铝和钒离子释放的担忧，研究人员正在探索具有较低离子释放特性的替代合金，或改进Ti6Al4V表面处理的方法以减少磨损和/或离子释放[1]，[2]，[3]，[3]。
除了合金化外，还有一些其他方法用于提高钛的耐磨性，例如硬质涂层（如DLC、TiN或TiC）[4]，[5]、基于扩散的表面硬化工艺（如氮化）[6]，[7]或电化学表面处理（如阳极氧化）[8]，[9]，[10]，[11]，[12]，这些方法可以在钛表面形成保护性氧化层。然而，许多方法单独使用时效果不佳，应用过程中存在各种问题，或者成本较高[13]，[14]。
阳极氧化在这些技术中占有特殊地位。它是一种经济有效的电化学工艺，可在金属（通常是铝、钛及其合金）表面形成保护性氧化层。该工艺通过增厚金属表面原有的氧化层来改善表面性能。在阳极氧化过程中，金属浸入电解液中并通电，使金属充当阳极。根据阴极材料、电流密度、处理时间和电解液类型、温度等因素的不同，该过程会导致可控的氧化，形成多孔氧化膜。处理后的表面更硬，更耐环境侵蚀，因此成为不同产品（尤其是医疗植入物）中常用的表面处理方法[15]，[16]，[17]。
近年来，另一种减少机械磨损的技术是表面纹理处理。通过在宏观、微观或纳米尺度上创建特定的图案、结构或地形，可以增加耐磨性、降低摩擦并提高材料的整体性能。相关研究表明，材料的摩擦学性能可以得到改善。然而，这种改善受多种因素影响，如纹理密度、深度或几何形状，以及操作条件（包括滑动速度、法向载荷、测试环境和持续时间等）[18]，[19]，[20]，[21]，[22]。创建表面纹理可以使用机械方法（如激光或电子显微结构形成、表面硬化、等离子涂层、等离子蚀刻或喷丸处理），以及酸性或电解蚀刻[23]，[24]，[25]，[26]，[27]，[28]。
选择性激光熔化（SLM）是一种先进的增材制造（AM）工艺，能够直接从数字设计生成复杂的净形金属零件。该方法中，一层细金属粉末均匀分布在构建平台上，高功率激光根据设计模型精确扫描并熔化指定区域的粉末。该工艺将金属颗粒熔合在一起，逐层形成零件的所需截面。SLM可以制造出传统制造方法难以实现甚至无法实现的复杂设计，因此也可以用于创建具有不同几何形状的表面纹理[29]，[30]，[31]。根据工艺类型、生产技术和应用领域，增材制造方法可以使用多种金属。纯钛或合金金属常用于植入物生产。其中，Ti6Al4V合金因其优异的强度、低密度和抗腐蚀性而成为首选材料。此外，基于钴的合金和不锈钢（如316L）也是具有所需生物相容性的其他选择[1]，[29]，[32]。
SLM是一种广泛用于生产具有适当机械性能的钛植入物的增材制造技术，适用于骨组织替代[33]，[34]，[35]。利用该技术，可以制造出通用植入物，也可以根据患者的独特医疗数据或特殊的表面纹理制造定制植入物，这是植入物-组织界面最重要的方面之一[32]，[36]。先前的研究表明，适当设计的表面纹理可以影响细胞在植入物表面的附着或分化、骨形成或骨整合[37]，[38]，[39]。
文献综述显示，大多数研究集中在生产过程中自然形成的表面纹理或制备样品的表面纹理处理上。只有少数研究关注使用SLM制造具有纹理表面的样品。Sun等人使用SLM制造了具有倒梯形微纹理的316L不锈钢零件，并进行了自然老化、热处理和化学改性处理，发现化学改性的零件表现出优异的超疏水性、增强的抗腐蚀性和耐磨性，以及最低的摩擦系数和更长的耐磨性能[40]。Kovac?等人通过SLM制造了具有不同面积密度的各种表面纹理（六边形、椭圆形、三角形、正方形等），随后在400°C下进行2小时的等离子氮化处理，发现联合处理通过优化表面几何形状和提高硬度显著降低了磨损和摩擦[22]。Taniguchi等人研究了通过SLM制造的多孔钛植入物的孔径对骨长入和固定能力的影响，发现孔径为600 μm的植入物具有最佳的骨长入、固定和机械性能，适用于骨科应用[37]。
虽然之前的研究分别探讨了阳极氧化和表面纹理处理，但本研究将这两种技术结合使用。使用SLM从Ti6Al4V合金制备了未经处理的样品和具有椭圆形纹理的样品，然后在室温下以200伏电压进行10分钟的阳极氧化处理，并在模拟体液（SBF）和干燥滑动磨损条件下评估了它们的摩擦学性能。
