生物医学材料的生物相容性与其表面状态密切相关，因而对医用材料进行表面改性是提高其生物相容性的有效途径。本文首先对生物医学材料的研究发展状况进行了概述，重点探讨了NiTi形状记忆合金在医学中的应用以及其生物相容性的问题。在大量的实验研究基础上，采用表面氧化和离子注入的方法对NiTi形状记忆合金进行了表面改性研究。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）对表面结构进行了分析；通过测试在模拟体液中样品的阳极极化曲线和用原子吸收法测定镍离子的释放速率对其耐腐蚀性进行了研究。在实验的基础上，进一步采用密度泛函理论的离散变分Xα方法，进行理论上的计算工作，对理论与实验的一致性进行了初步的评价。 采用密度泛函理论的离散变分Xα方法，对NiTi形状记忆合金表面镍与钛的竞争吸附机制进行了理论研究，确定了钛优先氧化的模式，与NiO、TiO和TiO₂的标准自由能数据相一致，并验证了其他研究者的实验结果。进一步对钛与氧之间相互作用本质的研究表明，O 2p轨道和Ti 4s轨道以及O 2p轨道和Ti 3d 4s 4p杂化轨道间的相互作用是NiTi合金表面氧分子吸附的驱动力，在此过程中，NiTi合金的体相结构没有发生变化，从而保证了其一系列力学性能和形状记忆特性在表面氧化后不发生明显的变化，使表面改性的工作可以安全、可靠的完成而不影响其植入人体后发挥正常的生理功能。 采用热氧化的方法，在机械抛光的NiTi基体表面生成一均匀的氧化层，并进一步进行氮离子的注入。表面成分分析表明，氧化和离子注入后，表面形成钛氧化物，使合金的耐腐蚀性得到明显的改善。离子注入后，由于注入过程改变了合金表面的电荷分布，使表面富含结构羟基（OH），合金的抗点腐蚀能力比仅仅进行氧化处理的样品明显提高。 在实验结果的基础上，选择一定的、合理的原子簇模型，分别进行碳或氮离子掺杂于TiO₂金红石结构中的理论计算。表面电荷分布、键级和态密度的计算结果一致说明，当碳或氮离子掺杂于TiO₂金红石结构中时，由于钛与碳和氮之间发生相互作用，引起金红石表面电子结构的变化，费米能级降低，表面功函数增大，使电子的离去更加困难，从而使其抗腐蚀能力增强，同时，表面负电荷增加，抑制了Cl^-离子在氧化物表面的吸附，抗点腐蚀的能力也得到了提高，从理论上对实验事实进行了解释。 采用原子吸收光谱，对经机械抛光处理和表面氧化处理的NiTi合金分别测试其镍离子的释放速率，结果表明，经表面氧化后，镍离子的释放速率大约比机械抛光的样品降低了一个数量级。这进一步说明表面氧化使NiTi合金的抗腐蚀能力得到增强，毒性离子的释放量减少。 选取金红石和锐钛矿两种常见的TiO₂晶体结构，针对一定的原子簇模型，分别进行镍扩散的可能性的理论研究工作。镍与氧之间的键级、表面电荷分布、费米能级、态密度和能量的计算结果显示，当合金表面生成TiO₂金红石结构时，镍的释放将比表面生成锐钛矿结构受到更强的阻碍，为今后NiTi合金表面氧化膜的制备提供了理论上的指导。