CN111621655B - 一种基于微区原电池理论的抗菌钛合金制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微区原电池理论的抗菌钛合金制备方法及应用，在钛合金中添加与基体钛存在较大电极电位差的锰、钽、铁、钴、钼、钯和金等金属元素，并使其以与钛形成金属间化合物的形式存在，与周围的钛基体形成大量纳米级或微米级具有电势差的微区，达到抗菌效果。该方法制备的低模量抗菌钛合金既具有抗菌功效，又保留了β‑钛合金低弹性模量。制备的复合型材由钛合金基体和合金化金属元素组成，由三层组成：外层富含含有合金元素的金属间化合物，具有抗菌性能；内层含有微量合金元素，具有低弹性模量；中间过渡层中含有合金元素的金属间化合物的数量介于外层与内层之间，且由外之内梯度变化，广泛应用于生物医用等需要抗菌性能的场合。

Description

一种基于微区原电池理论的抗菌钛合金制备方法及应用

技术领域

本发明涉及所有与细菌、微生物相接触的工业领域和医疗器械领域，尤其涉及一种基于微区原电池理论的抗菌钛合金的制备方法及应用。

背景技术

钛合金材料广泛地应用于工业领域和医疗器械领域。由于具有良好的生物相容性，它被广泛应用于植入器械中，例如牙种植体、骨钉和骨板等植入体。但是植入体的周围炎症问题一直困扰着钛合金植入体的使用效果。尽管手术过程中，严格消毒和超净手术室的使用已经显著降低感染的风险，但是院内感染率仍然高达5％。一旦发生植入器械的周围感染，需要长期的后期维护，甚至需要将植入体取出，给患者造成极大的痛苦。另外，钛合金具有良好的抗海水腐蚀性能，被用来制造与海水接触的管道，使用寿命较原来的不锈钢大大延长。但是在使用的过程中也发现，管道内部极易发生微生物附着，导致管道堵塞。所以，发展具有抗菌功能的钛合金成为医用钛合金和海洋工程用钛合金的一个重要任务。

根据国家标准，当一种材料的抗菌率达到90％以上时，该材料称为抗菌材料。那么具有这样抗菌效果的钛合金就称为抗菌钛合金，而抗菌率低于90％的钛合金都不能称为抗菌钛合金。广泛认为，钛合金的抗菌性能取决于钛合金溶出的抗菌金属离子及其浓度，即离子抗菌，例如普遍报道的Cu离子和Ag离子。因此，在钛合金中添加Cu元素或Ag元素，然后在与细菌接触时，溶出Cu离子或者Ag离子，从而达到杀死细菌的目的。例如专利报道的CN201110137259.7专利Ti-Cu合金、CN201610373116.9专利Ti-Ag合金，以及CN201110232842.6专利Ti-6Al-7Nb-Cu合金，CN201110232840.7专利Ti-6Al-4V-Cu合金等等。依据该理论，钛合金优异的抗菌效果必须以溶出大量的Cu离子或者Ag离子为前提，抗菌效果的长效性必须以钛合金长期溶出Cu离子和Ag离子为前提，这样就意味着需要在一定程度上牺牲钛合金的耐蚀性能。可见，金属离子的接触杀菌在带来抗菌效果的同时，因金属离子的大量溶出也带来了材料的腐蚀和金属离子的生物安全性问题。

此外，通过表面处理的方法也可以使钛合金获得抗菌性能，例如专利CN201710710912.1报道的涂层，实现了表面的抗菌效果，但是表面涂层非常薄，在使用过程中很容易脱落，丧失抗菌性能，钛合金抗菌效果的长效性和稳定性也无法得到保证。

综上，发展一种新型的抗菌钛合金的制备方法是十分必要。

发明内容

本发明目的是为了解决现有抗菌钛合金带来的材料腐蚀和金属离子溶出的生物安全性问题，提供一种基于微区原电池理论的抗菌钛合金的制备方法。

本发明的抗菌钛合金的设计方法与制备技术，要点在于不再依赖合金中溶出Cu离子和Ag离子来杀菌，而是依靠与钛具有不同电极电位的合金元素和钛形成金属间化合物并弥散分布于合金中，弥散分布的金属间化合物与基体钛形成电极对，局部形成具有电极电位差的原电池。当细菌与这样的钛合金接触时，在原电池的作用下，微区电极之间产生电荷传递，表面局部带有负电，排斥细菌粘附，抑制细菌粘附，或者通过电荷传递刺激与之接触的细菌，细菌细胞膜被破坏，细菌被杀死。这与金属离子的溶出无关，在使钛合金具备抗菌性能的同时，既避免了金属离子溶出对人体造成的潜在危害，又不会引起合金耐蚀性能的下降。

在低模量钛合金的制备中，控制钛合金以β相组成为主，所以选择的合金化元素都是不缩小β相区的合金元素，甚至是扩大β相区的合金元素，这一原则是钛合金制备过程中保持其整体低模量特点的基础。

本发明的技术方案如下：

一种基于微区原电池理论的抗菌钛合金制备方法，在纯钛或钛合金中添加金属元素，所述的金属元素指与钛存在电极电位差，而且电极电位差的绝对值不小于0.5V的元素；金属元素与钛形成金属间化合物，且弥散分布在钛合金基体中；添加的金属元素在抗菌钛合金中的重量百分数含量不超过该元素在β-钛中的最大固溶度，不少于该元素在ɑ-Ti中的室温固溶度；抗菌钛合金通过粉末冶金或熔铸热处理制备。

1)合金元素的选择；

合金化元素与基体钛元素间的标准电极电位差的绝对值不小于0.5V，合金中形成的微区原电池的电势差必须达到一个门槛值才能够杀死表面的细菌，随着合金元素与钛元素的标准电极电位差越大，微区原电池的电势差也越大，抗菌性能就越好。当合金元素与基体钛的电极电位差小于0.5V时，合金中金属间化合物与基体钛形成的微区原电池的电势差不足于杀死表面的细菌。这些合金化元素包括但不限于锰、钽、铁、钴、钼、钯、金、银和铜等。合金化元素可以选择上述元素中的一种，也可以同时含有其中的两种或两种以上。添加的合金化元素种类越多，复合后的抗菌效果将会越好。

2)合金元素含量的确定；

根据国家标准，只有当钛合金的抗菌率达到90％，才能被称为抗菌钛合金。而根据原电池理论，只有当钛合金微区的电势差达到临界值，微区才能表现出抗菌效果。这样的微区数量越多，钛合金表现出来的抗菌率才能越高，因此，通过添加更多的金属元素，形成的金属间化合物越多，钛合金的抗菌率就越高。但是，另一方面合金的塑性却随金属间化合物的数量增加而降低。相反，抗菌元素的含量低，形成的金属间化合物的数量就少，抗菌效果就不好，适当控制抗菌元素的重量百分数含量对于抗菌钛合金的抗菌效果和综合力学性能至关重要。所以，添加的金属元素在抗菌钛合金中的重量百分数含量不超过该元素在β-钛中的最大固溶度，不少于该元素在ɑ-Ti中的室温固溶度。

进一步，添加的金属元素在抗菌钛合金中的重量百分数含量不超过该元素与钛的共析点成分，不少于该元素在ɑ-Ti中的最大固溶度。

3)金属元素的存在形式及分布

基于微区原电池抗菌理论，钛合金的抗菌性能来源于钛合金内形成的微区原电池，而且原电池电势差必须高于临界值。微区原电池的电势差一方面取决于合金元素与钛标准电极电位差，也取决于金属元素在钛合金中的存在形式。当金属元素固溶于基体钛中时，就不能形成具有电势差的微区原电池，因此，金属元素必须以与钛形成金属间化合物的形式存在于钛合金基体中。

进一步，金属元素与钛形成的金属间化合物尺寸越小，单位重量形成的微区原电池数量就越多，抗菌性能就越好，同时，这些金属间化合物在钛合金中的分布越均匀，钛合金的抗菌性能也就越稳定，越均匀。因此，金属间化合物以纳米、亚微米或微米尺寸均匀分布在钛合金中为最佳的状态。

金属元素以单质元素存在于基体中，与基体钛将形成电势差最大的微区原电池，抗菌效果最佳，但是带来耐蚀性能的显著下降。

4)抗菌钛合金的基体合金

采用本方法设计和制备抗菌钛合金的钛合金，所述钛合金基体可以是现在已知的纯钛和所有钛合金，包括但不限于纯钛，Ti-6Al-4V和Ti-6Al-7Nb等α+β钛合金，Ti-15Mo、Ti-15Mo-3Nb、Ti-24Nb-4Zr-8Sn、Ti13Nb13Zr、Ti-(3～6)Zr-(2～4)Mo-(24～27)Nb、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr、Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr、Ti-(1.5～4.5)Zr-(0.5～5.5)Sn-(1.5～4.4)Mo-(23.5～26.5)Nb、Ti-12Mo-6Zr-2Fe或Ti-15Mo-3Nb-0.2Si等β钛合金，也可以是其他钛合金。

5)抗菌钛合金通过粉末冶金或熔铸热处理制备；

采用粉末冶金法制备抗菌钛合金，其过程包括以下几步骤：

①混粉。将钛合金粉末与所述金属元素粉末按照设计的比例充分混合均匀。为了提高混粉效果，可以采用机械球磨等机械化办法。在混粉的过程中，需要在保护气氛下进行，以防止钛合金氧化。

②真空热压烧结。将上述混合后的粉末，在真空环境下，在不超过80％钛合金熔点温度下热压烧结。真空度不低于10^-3Pa，压力不小于100MPa，烧结时间不少于3小时。真空环境主要是为了防止钛合金烧结氧化。烧结温度的高低一方面影响形成金属间化合物的化学成分，另一方面也影响到金属间化合物的大小。但是当温度高于钛合金的熔点温度，就会出现熔化，合金氧化严重。这些特征都将影响到钛合金的综合力学性能和抗菌效果。烧结压力决定合金的致密度，压力越高，合金的致密度越高。烧结的时间可以根据烧结方法不同而不同。例如采用SPS烧结时，烧结时间不超过1小时。

③快速冷却。完成热压烧结后，采用气体冷却的方法将合金的温度迅速降低到400℃以下。快速降温主要是为了降低合金的氧化。

④粉末冶金获得的抗菌钛合金可以在低于钛合金相变温度的条件下进行退火处理，以消除合金烧结产生的内部应力，稳定钛合金的力学性能。

熔铸法制备抗菌钛合金

所述抗菌钛合金也可以采用熔铸热处理方法制备，不同于已有抗菌钛合金的熔铸+时效的制备工艺，包括：

①熔铸：将上述金属元素或含有上述金属元素的中间合金加入到钛合金中，真空熔炼，然后形成铸锭；

②热成型：将铸锭进行锻造、轧制、挤压等热加工，形成一定形状的钛合金。对于那些直接使用铸锭或铸件的材料，可以省去热成型。

③热处理：在比含有上述金属元素的二元钛合金共析转变温度低10-100℃的温度下，进行退火处理，目的主要是改善金属元素的分布和消除应力，使钛合金的抗菌性能和力学性能更加稳定。

进一步地，为了得到低模量抗菌钛合金，改进上述制备方法为：

①混粉；将β-钛合金粉末与选定的金属元素粉末按照预定的比例混合；为了获得更好的混合效果，可以采用球磨等机械方式。在整个混合过程中，是在惰性气氛或者酒精等保护条件下进行，以防止氧化。

当单一金属元素的含量高于金属元素在β钛合金的最大固溶度时，在合金制备中，金属元素会提前从钛合金中析出，形成粗大的析出相，甚至提高合金的β钛合金的相变温度，不利于钛合金后续保持以β-钛为主的组织特点，难以保持低模量的特点。而当金属元素的含量少于该金属元素在α-Ti合金的室温固溶度时，金属元素将会绝大部分固溶于钛合金基体中，不形成金属间化合物，也就无法获得良好的抗菌性能。

金属元素与钛形成的金属间化合物在钛合金中的体积分数不低于1％，进一步优选不低于5％。根据微区原电池抗菌机理，钛合金中金属间化合物的含量高，形成的微区原电池就多，合金的抗菌性能就高；相反，金属间化合物的数量少，形成的微区原电池就少，合金的抗菌性能就低。

本发明所述β-钛合金基体是一种低弹性模量钛合金，组织特征为完全β-Ti或近β-Ti组织，包括但不限于Ti-Nb系、Ti-Mo系、Ti-Ta系、Ti-Nb-Zr系、Ti-Ta-Zr系、Ti-Nb-Ta-Zr系、Ti-Nb-Mo-Zr系、Ti-Mo-Nb-Si系、Ti-Mo-Zr-Fe系等，具体可以是Ti-15Mo，Ti-15Mo-3Nb，Ti-24Nb-4Zr-8Sn，Ti-12Mo-6Zr-2Fe,Ti-13Nb-13Zr,Ti-15Mo-3Nb-0.2Si，Ti-(1.5～4.5)Zr-(0.5～5.5)Sn-(1.5～4.4)Mo-(23.5～26.5)Nb,Ti-(3～6)Zr-(2～4)Mo-(24～27)Nb,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr,Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr等，也可以是尚未报道的其他β-钛合金。

②烧结；将混合后的粉末装入模具，在β相转变温度以上进行真空热压烧结，使合金元素与钛形成弥散分布的金属间化合物且形成整体以β相为主的钛合金；一方面，烧结温度高于β-相转变温度可以促进合金元素与钛合金通过固相反应形成所设计的金属间化合物；另一方面，烧结在β-相转变温度以上进行可以确保基体为β-相或近β-相组织，从而保证基体具有低弹性模量的特征。在真空下进行烧结可以防止合金的高温氧化。

低模量抗菌钛合金制备的关键是保证钛合金基体以β-相为主的同时实现加入的金属元素与钛形成金属间化合物，也就是在形成金属间化合物的同时抑制钛合金由β-相向α-相的转变，所以将钛合金的制备温度控制于合金相的转变温度之上非常重要。将制备温度控制在β相转变温度之上，既可以保证金属元素与钛元素的充分反应，又可以保证基体的显微组织保持β-相或近β-相，从而保证低模量的特点。低模量抗菌钛合金的制备也就是在β-相区形成更多的金属间化合物。

③快速冷却；在惰性气氛下，快速冷却至室温度，保留β相和弥散分布的金属间化合物。目的是抑制冷却过程中β-相向α-相转变，保留更多的β-相或近β-相组织。快速冷却方式可以采用压缩气体，或者液氮。

④低温退火。烧结样品在低温下进行退火，目的是消除烧结和冷却过程中产生的内应力，以获得更好的力学性能。

进一步，实现一种低模量抗菌钛合金制备方法的应用，即制备得到一种低模量抗菌钛合金复合型材。

复合型材的制造过程包括，合金真空熔炼、离心凝固、热处理、轧制/挤压成型和退火。

微区原电池理论表明，钛合金的抗菌性能与形成微区原电池的金属间化合物数量紧密相关，本发明也证明了这点。所述金属元素在合金中添加的数量越多，形成的金属间化合物越多，产生的抗菌性能也越好；反之抗菌性能越差。钛合金在制备过程中必然伴随着部分金属间化合物的析出及合金组织的相变，抗菌元素的含量越高，析出的金属间化合物也越多，β相向α相转变得也越多，合金的模量就升高。可见，钛合金的抗菌性能和弹性模量从本质上看是一对矛盾。

为了解决金属元素对弹性模量的不利影响，本发明在制备过程的熔炼凝固环节采用了离心凝固的方式，在离心力的作用下，比重比较大的金属元素富集于外层，形成的金属间化合物由外至内呈梯度分布，于是钛合金形成外层、中间过渡层和内层的三层复合结构。外层富含金属元素及其金属间化合物，在微区原电池作用下，细菌的细胞膜被破坏，细菌被杀死，钛合金外层被赋予良好的抗菌性能；内层含有微量由于制造工艺无法避免的金属元素，析出相少，保持以β-相为主的显微组织，具有低弹性模量的特点；中间过渡层含有少量金属元素及其金属间化合物，析出相及β-相的数量由外至内呈梯度变化。

铸模旋转的转速度越快，金属元素在外层的富集程度越高，富集层的厚度也越大。合适的离心的速度可以实现合金外层厚度的调控。离心速度不够时，无法实现金属元素在外层的富集；离心速度太快，中间过渡区变窄，或者消失，内外层力学性能在界面处出现巨大变化，影响产品的整体力学性能。因此离心速度需要控制在100-2400r/min。

进一步，离心速度控制在200-1000r/min。

金属间化合物及显微组织在上述钛合金中由外至内的分布规律也决定了弹性模量、硬度和强度等力学性能在该钛合金内部的分布情况。为了实现合金整体低弹性模量的特征，本发明通过合金化学成分的设计和制备工艺的优化调控金属间化合物在钛合金中的分布，即钛合金外层的厚度，使其占材料总厚度的1-20％。根据弹性模量的混合原则，钛合金整体的弹性模量取决于厚度占绝对优势的内层和中间过渡层的弹性模量，所以仍具有低弹性模量的特征。

进一步，外层的厚度占总厚度的5-15％。

热处理在钛合金β相变转变温度以下80℃范围内进行，热轧和热挤压温度也控制在合金β相变转变温度以下100-200℃范围内。为了获得兼具理想的力学性能和抗菌性能的钛合金，退火温度控制在300-650℃。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明的抗菌功效来源于钛基体和与之具有电势差的金属间化合物形成的微区原电池。标准电极电位高的合金元素与钛形成金属间化合物，金属间化合物与基体之间存在着电势差，此时的菌悬液相当于电解质，所以金属间化合物与钛基体之间形成微区原电池，产生的电荷传递抑制细菌的粘附，破坏细胞膜并杀死细菌，不同于溶出金属离子的接触杀菌，既避免了金属离子溶出对人体造成的潜在危害，又不会引起合金耐蚀性能的下降。

2)本发明提供的钛合金抗菌性基于钛合金微区原电池理论，不同于接触杀菌理论的第二相析出，避免了伴随第二相析出发生的β-相向α相的转变，减少了抗菌性能对力学性能的负面影响。

3)本发明提供的抗菌钛合金克服了表面处理制备方法在抗菌功能长效性和稳定性方面的不足。

4)本发明提供的低模量抗菌钛合金兼具抗菌功效和低模量的特点，金属元素、β-钛合金及高于β-相转变温度的粉末烧结工艺既保证了微区原电池的形成，又避免了在金属间化合物形成过程中β-相向α相的转变，保证制备得到的抗菌钛合金以低弹性模量的β-相或近β-相组织为主。

5)本发明提供的三层结构的钛合金复合材料型材兼具优异的抗菌性能、高硬度、高强度；复合型材内层与中间过渡层为β-Ti组织或近β-Ti组织，厚度占总厚度的80％以上，因此，钛合金整体上仍具有低弹性模量的特性；复合型材的中间过渡层可以调节内外层间的力学性能，提高钛合金材料的综合力学性能。

附图说明

图1为本发明公开的一种低弹性模量抗菌钛合金复合板材的结构示意图。

图2为本发明公开的一种低弹性模量抗菌钛合金复合棒材的结构示意图。

图中：1外层(抗菌钛层)；2中间过渡层；3内层。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的目的、技术特征和优点，下面结合具体实施例对本发明的内容做进一步的详细描述。为便于充分理解在描述中陈述了很多具体的细节，本发明的保护范围并不受此处公开的具体实施例及其细节的限制，各种变化和改进都在本发明的保护范围内。

实施例1

选择纯Ti和Ti-6Al-4V作为母合金，锰、钽、铁、钴、钼、钯和金元素作为合金化元素，按照设计的比例将其粉末混合，采用粉末冶金的方法制备抗菌钛合金，对其进行抗菌性能检测，制备处理工艺及检测结果见表1所示。

表1新型抗菌钛合金化学成分、制备工艺及抗菌率

实施例2

选择Ti-13Nb-13Zr作为基体β-钛合金，Fe、Mn、Ta、Co、Mo、Pd、Au作为合金元素，按照设计的比例将其粉末混合，采用粉末冶金的方法制备低模量抗菌钛合金，对其进行弹性模量和抗菌性能检测，制备处理工艺及检测结果见表2所示。

表2低模量抗菌钛合金的化学成分、制备工艺与性能

实施例3(复合板材)

一种钛合金复合板材，厚度为4mm，内层为Ti-13Nb-13Zr，外层为Ti-13Nb-13Zr-7Co，厚度为0.5mm，中间过渡层含有<1％Co,其抗菌率>99.9％，弹性模量为80GPa。

一种钛合金复合板材，厚度为4mm，内层为Ti-13Nb-13Zr，外层为Ti-13Nb-13Zr-5Pd，中间过渡层含有<1％Pd,厚度为0.6mm，其抗菌率>99.9％，弹性模量为89GPa。

一种钛合金复合板材，厚度为4mm，内层为Ti-15Mo-3Nb，外层为Ti-15Mo-3Nb-9Mn，厚度为0.3mm，中间过渡层含有<1％Mn,其抗菌率>99.9％，弹性模量为78GPa。

一种钛合金复合板材，厚度为4mm，内层为Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr，外层为Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr-5Au，中间过渡层含有<1％Au,厚度为0.7mm，其抗菌率>99.9％，弹性模量为82GPa。

一种钛合金复合板材，厚度为6mm，内层为Ti-15Mo-3Nb-0.2Si，外层为Ti-15Mo-3Nb-0.2Si-5Fe，中间过渡层含有<1％Fe,厚度为0.6mm，其抗菌率>99.9％，弹性模量为82GPa。

实施例4(复合棒材)

一种钛合金复合棒材，直径为4mm，内层为Ti-13Nb-13Zr，外层为Ti-13Nb-13Zr-7Co，厚度为0.5mm，中间过渡层含有<1％Co,其抗菌率>99.9％，弹性模量为80GPa。

一种钛合金复合棒材，直径为4mm，内层为Ti-13Nb-13Zr，外层为Ti-13Nb-13Zr-5Pd，中间过渡层含有<1％Pd,厚度为0.6mm，其抗菌率>99.9％，弹性模量为89GPa。

一种钛合金复合棒材，直径为4mm，内层为Ti-15Mo-3Nb，外层为Ti-15Mo-3Nb-9Mn，厚度为0.3mm，中间过渡层含有<1％Mn,其抗菌率>99.9％，弹性模量为78GPa。

一种钛合金复合棒材，直径为4mm，内层为Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr，外层为Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr-5Au，中间过渡层含有<1％Au,厚度为0.7mm，其抗菌率>99.9％，弹性模量为82GPa。

一种钛合金复合棒材，直径为6mm，内层为Ti-15Mo-3Nb-0.2Si，外层为Ti-15Mo-3Nb-0.2Si-5Fe，中间过渡层含有<1％Fe,厚度为0.6mm，其抗菌率>99.9％，弹性模量为82GPa。

Claims (8)

1.一种基于微区原电池理论的抗菌钛合金的应用，其特征在于，在纯钛或钛合金中添加金属元素，所述的金属元素是指与钛存在电极电位差，而且电极电位差的绝对值不小于0.5V的元素；金属元素与钛形成金属间化合物，且弥散分布在钛合金基体中；添加的金属元素在抗菌钛合金中的重量百分数含量不超过该元素在β-钛中的最大固溶度，不少于该元素在ɑ-Ti中的室温固溶度；抗菌钛合金可以通过粉末冶金或熔铸热处理制备；

所述的钛合金为β钛合金，将合金化元素加入到β钛合金中，然后在β相转变温度以上控制合金元素与钛元素间的反应，使之形成弥散分布的金属间化合物；将合金冷却至室温，保持整体合金为低弹性模量抗菌钛合金；

将所述的抗菌钛合金用于制备低弹性模量抗菌钛合金复合型材，该复合型材由外层、内层以及中间过渡层三部分组成；所述外层富含合金元素及其金属间化合物，具有良好的抗菌性能；所述内层含有微量由于制造工艺无法避免的合金元素，具有低弹性模量特点；中间过渡层含有少量上述合金元素及其金属间化合物，且由外至内呈梯度变化；复合型材外层的厚度占材料总厚度或者直径的1-20％；复合型材的制造过程包括合金真空熔炼、离心凝固、热处理、轧制-退火或挤压成型-退火；复合型材的制造过程中的离心凝固，其离心速度控制在100-2400r/min；复合型材的制造过程中的热处理在钛合金β相变转变温度上下80℃范围内进行；热轧和热挤压温度也控制在合金β相变转变温度以下100-200℃范围内；为了获得兼具理想的力学性能和抗菌性能的钛合金，退火温度控制在300-650℃。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的金属元素包括铁、钴、钯和金中的一种或一种以上。

3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，添加的金属元素在抗菌钛合金中的重量百分数含量不超过该元素与钛的共析点成分，不少于该元素在ɑ-Ti中的最大固溶度。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，熔铸热处理具体步骤包括：1)熔铸：将所述金属元素或其中间合金加入到钛合金中，真空熔炼，然后浇注形成铸锭；2)热处理：在比所述金属元素与钛形成的二元合金共析转变温度低10-100℃的温度下，进行退火处理。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，粉末冶金具体步骤包括：1)混粉：将所述的金属粉末与钛合金粉末按照设计比例混合均匀；2)真空热压烧结：将上述混合粉末，在不超过80％钛合金熔点温度下真空热压烧结，使添加的金属元素与钛反应形成金属间化合物；3)快速冷却：烧结完成后，快速将合金降温至400℃以下；4)退火。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，合金元素与钛形成的金属间化合物在钛合金中的体积分数不低于1％。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，合金元素与钛形成的金属间化合物在钛合金中的体积分数不低于5％。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，复合型材外层的厚度占材料总厚度或者直径的5-15％。

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