Ti及其合金是重要的生物医用材料,目前已发展至第三代,但是仍然存在某些方面的不足:第一代纯Ti金属材料的强度不够高、生物相容性差;第二代Ti-6Al-4V合金材料中V和Al易导致神经障碍等疾病;第三代Ti-5Al-2.5Fe、Ti-6Al-7Nb等合金材料的弹性模量是人骨弹性模量的4-10倍、易造成“应力屏蔽”。因此,开发无Al和无V、生物相容性良好、强度高、弹性模量低、抗菌和抗腐蚀能力强的新型Ti合金是当前生物医用金属材料的重点发展方向之一。为降低Ti合金的弹性模量,近年来人们逐渐开发了Ti-Ta、Ti-Ni、Ti-Zr等二元系及以二元系为基础的多元系Ti合金,其中,Ti-Ta合金除具备优异的弹性模量外,还有较好的抗腐蚀性。为改进Ti合金生物相容性,在Ti合金中加入Ag,有利于提高其抗腐蚀性和抗菌性,并且可以通过控制Ag含量达到控制掺入量和析出量及析出方式,有利于保持其优异抗菌性,并最大限度地避免其细胞毒性,Ti-Ta-Ag合金有可能成为具有良好综合性能的新型生物医用Ti合金之一。在合金粉末冶金制备方法中,放电等离子体烧结（SPS）方法能实现对合金晶粒尺寸的有效控制、缩短制备工艺。因此,本文以Ti-25Ta-x Ag（x=0,1.5,3,4.5 wt%）合金为研究对象。采用放电等离子体烧结方法制备了系列Ti-25Ta-x Ag合金材料。结合密度泛函理论计算,系统地分析了制备工艺条件对Ti-25Ta-x Ag合金材料的晶体结构、显微组织结构、成分的调控作用及机理;并深入分析了Ti-25Ta-x Ag合金材料的力学、抗腐蚀、生物相容性等应用性能的变化及其机理。通过上述研究,得到以下主要结果:（1）Ti-25Ta-x Ag合金材料的可控制备:先球磨Ti-25Ta粉末,再加入Ag粉的混粉方式可以达到避免粘连、并细化粒径的效果;Ti-25Ta-4.5Ag合金的致密度随着SPS烧结温度的升高而升高（在950℃烧结温度下,合金致密度达到99.8%）;Ti-25Ta-4.5Ag合金在SPS烧结过程中有Ag析出或残留（烧结温度为850℃时,Ag的析出或残留量最多,析出或残留位置为晶界处）。（2）SPS烧结制备Ti-25Ta-x Ag合金材料的显微组织结构:SPS制备的Ti-Ta-Ag合金由α、马氏体α"和β、Ta和Ag相组成,Ti-Ta之间能形成α相固溶体,而Ag除了在α相中发生固溶,也有部分在晶界处析出或残留。烧结温度提高促使β相减少,析出的α相明显增多。Ti-Ta-Ag三元合金中片层状区域主要包含马氏体α"相和α相。Ti-25Ta-x Ag固溶体的晶格常数呈现不连续的变化规律。当固溶度x小于0.8时,晶格常数按二阶Vegard定律变化。（3）Ti-Ta-Ag合金材料的力学性能:Ag元素的加入有效降低了Ti-Ta-Ag合金的弹性模量,且随着Ag含量的增加,弹性模量变化更明显;由于Ag固溶强化和晶界强化,Ag的加入增强合金在剪切应力作用下抵抗变形的能力和刚度,同时,也减弱了合金的塑性和脆性。这是由于Ag析出或残留量不同造成的,在850℃烧结时析出或残留Ag最多,对于合金硬度强化作用最明显。第一性原理计算结果表明Ti-25Ta-x Ag固溶体的晶格常数和力学性能在Ag固溶度x值为0.8时发生突变的内在原因是由于Ag的4d10电子态从明显的局域电子态变成了局域和非局域的混合电子态。（4）Ti-Ta-Ag合金材料的抗腐蚀性能:Ag的加入有利于提高Ti-Ta-Ag合金的耐蚀性,然而,微量银的析出不利于Ti-25Ta二元合金耐蚀性的提高,这可能是由于银合金化有利于提高表面钝化层对Ti-Ta-Ag合金的保护能力和耐腐蚀性,而微量银的析出不利于这一过程。第一性原理计算结果表明在Hank溶液中的Cl-离子与Ti-Ta-Ag三元合金的表面原子结合强烈,有利于致密钝化层的形成和稳定;而在含Ag微量沉淀的Ti-Ta-Ag三元合金表面,Cl-离子直接与沉淀的Ag原子紧密结合,形成类似Ag Cl的孤立吸附分子,不利于钝化层的形成和稳定。因此,为了提高Ti-25Ta-x Ag三元合金的耐蚀性,在制备过程中需要尽可能避免微量的Ag析出。（5）Ti-Ta-Ag合金材料的生物相容能:添加Ag元素后,Ti-Ta合金的抗菌性能有了明显的提高,且合金的抑菌率随Ag含量的增加而增加,这是因为钛合金中,抗菌机制主要是银离子释放介导的抗菌机制,银离子与酶和蛋白质中巯基的界面关系是影响银离子的抗菌作用的重要因素。Ag的加入在有利于提高Ti-25Ta-x Ag三元合金的耐蚀性的同时,其细胞毒性也得以改善,而随着Ag含量的增加,微量Ag析出或残留则在降低Ti-25Ta-x Ag合金的耐蚀性的同时,其对细胞的抑制率提高,细胞毒性增大。这是由于金属材料的细胞毒性在很大程度上取决于其本身的耐腐蚀能力、化学稳定性。综上所述,SPS制备的Ti-Ta-Ag合金致密度高,由α相、α"相、β相、未融的Ta和Ag相组成。该结构有效改进了生物医用Ti-Ta合金的性能,一方面,Ta的固溶强化、Ag的固溶强化和晶界强化促使其弹性模量有效降低,硬度明显提升;另一方面,Ag的固溶强化有利于提高其耐蚀性,改善其细胞毒性,但Ag析出或残留则在降低合金的耐蚀性的同时,也降低其对细胞的抑制率。第一性原理计算结果对Ti-Ta-Ag合金结构和力学、电化学性能影响机制进行了深入阐释及映证。因此,为了提高Ti-25Ta-x Ag合金的综合性能,避免制备过程中微量Ag的析出或残留,Ag含量在1.5-3 wt%中最佳。本文的创新点主要体现在以下三个方面:（1）将球磨破碎粉末的粒度控制技术与后续SPS成型相结合,获得一系列不同尺度的Ti合金（晶粒尺寸从微米、亚微米直至纳米级别）,进一步获得细晶强化和合金强化的双重强化效果,可为新型生物医用金属材料组合制备新技术的发展提供思路。（2）采用在Ti合金粉末中添加微量Ag（微米尺度）,并通过球磨及SPS烧结工艺的控制获得不同尺度的析出或残留Ag,研究Ag的析出或残留机理、不同尺寸及不同形貌的Ag析出或残留相与Ti合金的抗腐蚀性、抗菌性及细胞毒性之间对应关联性等,获得Ag析出或残留相的结构控制原则,获得具有优异强度、抗腐蚀性、抗菌性及良好生物相容性的新型Ti合金,在研究内容上具有新颖性。（3）采用第一性原理计算系统研究Ta、Ag元素的加入对Ti-Ta-Ag结构、力学性能、抗腐蚀性能的影响,初步探明Ta元素对合金力学性能和抗腐蚀性能影响机理,Ag掺杂对对合金力学性能、抗腐蚀性能影响机理,较好地印证了实验结果,为具有良好综合的Ti合金生物医用材料的研究提供了理论基础。