CN115519135A - 一种抗菌钛合金及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗菌钛合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗菌钛合金及其制备方法和应用，属于医疗器材技术领域。本发明通过调控钛合金基体的成分，优化铁元素的含量能够进一步提高钛合金基体的强度，同时通过增加超微量的B元素，可以细化钛合金晶粒组织，在提高强度的同时进一步提高钛合金基体的塑性和韧性；通过采用等温模锻成型的方式对钛合金基体进行加工，可以在加工过程中使各个方向金属的流变线一致，大幅度改善各向异性，从而进一步提高钛合金的力学性能；通过在钛合金的表面制备一层抗菌层，不仅能够使抗菌层具有优异的抗菌性能，降低细菌感染的几率，同时抗菌层可以将钛合金基体与人体隔离，从而避免钛合金基体中的V元素与人体的接触，降低其对人体的毒害作用。

Description

一种抗菌钛合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及医疗器材技术领域，尤其涉及一种抗菌钛合金及其制备方法和应用。
背景技术
钛合金广泛应用于医疗领域中，特别是在人体植入材料中，钛合金以其较高的强度，良好的生物相容性和较低的弹性模量在人工关节制造方面被普遍使用。
人体髋关节是身体最重要的关节之一，由于其位置在人体重心附近，所以受力非常大，无论站立还是走路、跑、跳等运动状态下，髋关节中的股骨都会受各种力矩的影响，受力复杂，容易产生关节问题。激素类药物的副作用之一的股骨头无菌坏死和骨肿瘤也是髋关节中股骨头常见疾病，临床上经常需要更换人工股骨头。老年人因为跌倒造成的股骨颈骨折变成了骨科常见病。此类骨折很难彻底康复，极易造成股骨头坏死，如果要恢复运动功能，只能更换人工股骨头。人工股骨头国内外已经普遍使用，制造人工股骨头材料有不锈钢，钴铬钼合金，陶瓷材料等，临床上应用最广的是钛合金股骨头。
钛合金股骨头骨柄是人工股骨头的重要部分，临床上植入人体的时，人工股骨头骨柄必须要插入人体股骨骨腔内固定牢固，骨组织才能在其表面生长包覆。因此近年来国内外做了钛合金股骨头骨柄表面做了大量的处理研究，主要是提高其表面活性，使生物相容性更高。但是由于钛合金股骨头植入人体后其和人体骨组织接触面积和牢固程度才是核心问题，临床上松动是人工股骨头手术失败的第一位原因。同时钛合金股骨头使用的钛合金牌号最多的是力学综合性能较好的Ti-6AI-4V成分钛合金。但是，该牌号合金含有对人体有害的元素V，临床上有造成人体组织变化的报告，而且该牌号钛合金对无氧菌无抗菌性。
因此，提供一种可用于人体植入材料且力学性能优异同时生物相容性好、抗菌性优异的钛合金，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌钛合金及其制备方法和应用，本发明提供的抗菌钛合金具有优异的力学性能，同时对于人工关节置换术常见的6种厌氧菌具有很好的抗菌性能，可以作为人体植入材料。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抗菌钛合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛合金基体和模具分别进行预热，得到预热钛合金基体和预热模具；
(2)将所述步骤(1)得到的预热钛合金基体放入到预热模具中，然后依次进行等温模锻成型和冷却，得到锻造钛合金；
(3)在所述步骤(2)得到的锻造钛合金的表面制备抗菌层，得到抗菌钛合金；
所述步骤(1)中钛合金基体包括如下质量百分含量的成分：Al 5.80～6.40％、V3.60～4.40％、Fe0.15～0.25％、B0.002～0.005％和余量的Ti；
所述步骤(3)中抗菌层包括如下质量百分含量的成分：Ag0.50～1.50％、 Cu0.10～0.20％和余量的Ti。
优选地，所述步骤(1)中钛合金基体的预热温度为900～910℃，钛合金基体的预热时间为20～60min；所述模具的预热温度为880～900℃，模具的预热时间为90～150min。
优选地，所述步骤(2)中等温模锻成型的始锻温度为890～910℃，等温模锻成型的终锻温度为800～850℃。
优选地，所述步骤(2)中冷却的方式为自然冷却，冷却时施加的压力为10～20MPa。
优选地，所述步骤(3)中制备抗菌层的方法为增材制造工艺。
优选地，所述增材制造工艺的原料为钛合金金属丝材，所述钛合金金属丝材的直径为0.1～0.9mm。
优选地，所述增材制造工艺的参数为：熔敷速度为10～60mm/分钟，激光机的电压为20～60V，激光机的电流为500～1500A，激光焦距为60～260mm，增材制造工艺的保护气体为氩气，增材制造工艺的保护气体的流量为1～8升/分钟，增材制造工艺的保护气体的流量压力为10～15MPa，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体为氩气，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量为20～30升/分钟，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量压力为8～10MPa。
优选地，所述步骤(3)中抗菌层的平均厚度为0.8～1.0mm。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的抗菌钛合金。
本发明提供了上述技术方案所述抗菌钛合金在人体植入材料中的应用。
本发明提供了一种抗菌钛合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛合金基体和模具分别进行预热，得到预热钛合金基体和预热模具；(2)将所述步骤(1)得到的预热钛合金基体放入到预热模具中，然后依次进行等温模锻成型和冷却，得到锻造钛合金；(3)在所述步骤(2)得到的锻造钛合金的表面制备抗菌层，得到抗菌钛合金；所述步骤(1)中钛合金基体包括如下质量百分含量的成分：Al5.80～6.40％、V3.60～4.40％、Fe0.15～0.25％、B0.002～0.005％和余量的Ti；所述步骤(3)中抗菌层包括如下质量百分含量的成分：Ag0.50～1.50％、Cu0.10～0.20％和余量的Ti。本发明通过调控钛合金基体的成分，优化铁元素的含量能够进一步提高钛合金基体的强度，同时通过增加超微量的B元素，可以细化钛合金晶粒组织，在提高强度的同时进一步提高钛合金基体的塑性和韧性；通过采用等温模锻成型的方式对钛合金基体进行加工，可以在加工过程中使各个方向金属的流变线一致，大幅度改善各向异性，从而进一步提高钛合金的力学性能；通过在钛合金的表面制备一层抗菌层，并严格控制其成分，不仅能够使抗菌层具有优异的抗菌性能，从而降低其在人体内发生细菌感染的几率，同时抗菌层将钛合金基体完全包覆后，可以将钛合金基体与人体隔离，从而避免钛合金基体中的V元素与人体的接触，降低其对人体的毒害作用。实施例的结果显示，本发明提供的抗菌钛合金的抗压强度σb为980～1180Mpa，屈服强度σ0.2为900～980Mpa，伸长率δ为15～20％，断面收缩率Ψ为23～25％，冲击韧度ακ＞1.20MJ/M2，抗菌钛合金经过有关医院的抗菌实验，对人工关节置换术常见的6种厌氧菌，五周时间，灭活率达到98％以上。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的抗菌钛合金股骨头的正面实物图；
图2为本发明实施例1制备的抗菌钛合金股骨头的反面实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种抗菌钛合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛合金基体和模具分别进行预热，得到预热钛合金基体和预热模具；
(2)将所述步骤(1)得到的预热钛合金基体放入到预热模具中，然后依次进行等温模锻成型和冷却，得到锻造钛合金；
(3)在所述步骤(2)得到的锻造钛合金表面制备抗菌层，得到抗菌钛合金；
所述步骤(1)中钛合金基体包括如下质量百分含量的成分：Al 5.80～6.40％、V3.60～4.40％、Fe0.15～0.25％、B0.002～0.005％和余量的Ti；
所述步骤(3)中抗菌层包括如下质量百分含量的成分：Ag0.50～1.50％、 Cu0.10～0.20％和余量的Ti。
本发明将钛合金基体和模具分别进行预热，得到预热钛合金基体和预热模具。
按质量百分含量计，本发明提供的钛合金基体包括Al5.80～6.40％，优选为5.90～6.30％，更优选为6.00～6.20％，进一步优选为6.10％。在本发明中，所述铝元素主要起到固溶强化的作用，可以大幅度提高钛合金的室温抗压强度，同时改善钛合金的抗氧化性，降低钛合金的密度并显著提高其再结晶温度；通过对其含量进行优化，可以进一步提高钛合金的抗压强度。
按质量百分含量计，本发明提供的钛合金基体包括V3.60～4.40％，优选为3.70～4.30％，更优选为3.80～4.20％，进一步优选为3.90～4.10％，最优选为4.00％。在本发明中，所述V元素主要在钛合金中可以固溶强化β相，并降低相变点，增加淬透性，增强热处理强化效果；通过对其含量进行优化，可以进一步提高钛合金的力学性能。
按质量百分含量计，本发明提供的钛合金基体包括Fe0.15～0.25％，优选为0.18～0.23％，更优选为0.19～0.22％，进一步优选为0.20～0.21％。在本发明中，Fe元素一般作为杂质元素含量越低越好，而本发明通过对铁元素的含量进行优化能够合金元素起到进一步强化钛合金的作用。
按质量百分含量计，本发明提供的钛合金基体包括B0.002～0.005％，优选为0.003～0.004％。本发明通过在钛合金中增加超微量的B元素，可以细化钛合金晶粒组织，在提高强度的同时进一步提高钛合金基体的塑性和韧性。
按质量百分含量计，本发明提供的钛合金基体包括余量的Ti。在本发明中，Ti元素作为合金的基体元素。
本发明对所述钛合金基体的具体形状没有特殊的限定，根据抗菌钛合金的用途来确定其具体的形状即可。本发明优选在预热前对所述钛合金基体依次进行切割和机械加工。在本发明中，所述切割的方式优选为激光切割。本发明对所述激光切割的功率和具体的操作方式没有特殊的限定，根据本领域技术人员的技术常识进行操作即可。本发明采用激光切割的方式能够使钛合金的尺寸更加精确。在本发明中，所述机械加工的方式优选为用CNC数字加工中心对切割的产物的表面进行机械加工。本发明采用CNC数字加工中心进行机械加工，能够使钛合金的表面更加光洁。
在本发明中，制备所述模具的材料优选为H13耐热钢。本发明采用H13 耐热钢作为原料制作模具，可以避免模具在高温下锻造时发生变形，从而进一步提高钛合金的尺寸精确度。
在本发明中，所述钛合金基体的预热温度优选为900～910℃；所述钛合金基体的预热时间优选为20～60min，更优选为30～50min，进一步优选为 30～40min；所述模具的预热温度优选为880～900℃，更优选为885～895℃；所述模具的预热时间优选为90～150min，更优选为120～130min。本发明通过分别预热的方式，能够保证钛合金基体与模具预热均匀。
得到预热钛合金基体和预热模具后，本发明将所述预热钛合金基体放入到预热模具中，然后依次进行等温模锻成型和冷却，得到锻造钛合金。
在本发明中，将所述预热钛合金基体放入到预热模具中后，所述预热模具的内表面与预热钛合金基体外表面的距离优选为3～5mm。本发明通过控制模具的内表面与钛合金基体外表面的距离，可以留出合理的变形余量，有利于在后续对钛合金进行等温模锻时，使钛合金同时在各个方向上变形，保证其径向和轴向的变形率，使钛合金的组织更均匀可控。
在本发明中，所述等温模锻成型优选在液压快锻机中进行。本发明对所述液压快锻机的具体型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述等温模锻成型的始锻温度优选为890～910℃，更优选为900℃；所述等温模锻成型的终锻温度优选为800～850℃，更优选为 810～840℃，进一步优选为820～830℃。本发明通过控制锻造的温度，可以使钛合金具有良好的塑性，便于锻造。
在本发明中，所述冷却的方式优选为自然冷却；所述冷却时施加的压力优选为10～20MPa，更优选为12～18MPa，进一步优选为15MPa；所述冷却的终点温度优选小于相变点温度。本发明通过在冷却过程中施加一定的压力，可以防止锻造钛合金发生变形。
冷却结束后，本发明优选对所述冷却的产物依次进行分离和精加工。本发明对所述分离的具体操作没有特殊的限定，将模具与锻造后的钛合金分离即可。在本发明中，所述精加工的方式优选为采用CNC数字加工中心进行精加工。本发明通过进行精加工，可以使合金的表面光洁，尺寸精度高。
得到锻造钛合金后，本发明在所述锻造钛合金表面制备抗菌层，得到抗菌钛合金。
在本发明中，按质量百分含量计，所述抗菌层包括Ag0.50～1.50％，优选为0.6～1.4％，更优选为0.8～1.2％，进一步优选为1.0～1.1％。在本发明中，所述Ag元素可以使抗菌层具有良好的抗菌性能。
在本发明中，按质量百分含量计，所述抗菌层包括Cu0.10～0.20％，优选为0.12～0.18％，更优选为0.13～0.17％，进一步优选为0.14～0.16％，最优选为0.15％。在本发明中，所述Cu元素能够与银元素起到协同作用，进一步提高抗菌层的抗菌抑菌性能。
在本发明中，按质量百分含量计，所述抗菌层包括余量的Ti。在本发明中，Ti元素作为基质元素，可以与钛合金基体具有很好的附着性能。
在本发明中，所述制备抗菌层的方法优选为增材制造工艺。本发明通过采用增材制造工艺制备抗菌层，既可以使抗菌层更加致密，抗菌性能更好，同时能够提高抗菌层与钛合金基体的结合强度。
在本发明中，所述增材制造工艺的原料优选为钛合金金属丝材；所述钛合金金属丝材的直径优选为0.1～0.9mm，更优选为0.2～0.8mm，进一步优选为0.3～0.7mm；所述钛合金金属丝材的成分优选与抗菌层的成分相同。本发明对所述钛合金金属丝材的制备工艺没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的工艺制备即可。在本发明中，所述钛合金金属丝材的制备工艺优选为专利CN105108339A中的工艺。
在本发明中，所述增材制造工艺的参数优选为：所述熔敷速度优选为 10～60mm/分钟，更优选为20～50mm，进一步优选为30～40mm；所述激光机的电压优选为20～60V，更优选为30～50V；所述激光机的电流优选为 500～1500A，更优选为800～1200A；所述激光焦距优选为60～260mm，更优选为80～240mm，进一步优选为100～200mm；所述增材制造工艺的保护气体优选为氩气，更优选为纯度≥99.9％的氩气；所述增材制造工艺的保护气体的流量优选为1～8升/分钟，更优选为2～7升/分钟，进一步优选为3～6升/ 分钟；所述增材制造工艺的保护气体的流量压力优选为10～15MPa，更优选为11～14MPa；所述调定成形的钛合金基体包护套的保护气体优选为氩气；所述调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量优选为20～30升/分钟；所述调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量压力优选为8～10MPa。本发明将增材制造工艺的参数控制在上述范围内，能够进一步提高抗菌层的致密性，使其具有更好的性能。
在本发明中，所述抗菌层的平均厚度优选为0.8～1.0mm，更优选为 0.9～1.0mm。本发明将抗菌层的平均厚度控制在上述范围内，既能够使其具有良好的抗菌性，同时避免对钛合金的尺寸精度造成较大的影响。
在本发明中，所述抗菌层的表面优选为均布的半圆形凸起结构，所述半圆形凸起结构的直径优选为0.1～0.6mm，更优选为0.2～0.5mm，进一步优选为0.3～0.4mm。本发明通过将抗菌层的表面设置为均布的半圆形凸起结构，可以增加钛合金股骨头骨柄部分和人体组织的接触面积，从而提高植入物的稳定性。
本发明通过调控钛合金基体的成分，优化铁元素的含量能够进一步提高钛合金基体的强度，同时通过增加超微量的B元素，可以细化钛合金晶粒组织，在提高强度的同时进一步提高钛合金基体的塑性和韧性；通过采用等温模锻成型的方式对钛合金基体进行加工，可以在加工过程中使各个方向金属的流变线一致，大幅度改善各向异性，从而进一步提高钛合金的力学性能；通过在钛合金的表面制备一层抗菌层，并严格控制其成分，不仅能够使抗菌层具有优异的抗菌性能，从而降低其在人体内发生细菌感染的几率，同时抗菌层将钛合金基体完全包覆后，可以将钛合金基体与人体隔离，从而避免钛合金基体中的V元素与人体的接触，降低其对人体的毒害作用。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的抗菌钛合金。本发明提供的抗菌钛合金具有抗压强度和屈服强度高，延伸性好，抗冲击性能强，且抑菌杀菌性能优异的特点。
本发明提供了上述技术方案所述抗菌钛合金在人体植入材料中的应用。
在本发明中，所述抗菌钛合金应用于人体植入材料时，所述人体植入材料优选为抗菌钛合金股骨头。
本发明提供的抗菌钛合金作为人体植入材料，植入人体后不仅与人体组织具有较大的接触面积，稳定性好，同时力学性能优异，可以支撑人体正常行动，同时杀菌抑菌性好，且可以避免V元素与人体接触，大幅度降低了细菌感染的几率。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种抗菌钛合金股骨头的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将钛合金基体根据所需股骨头的尺寸依次进行激光切割和机械加工，然后和模具分别进行预热，得到预热钛合金基体和预热模具；所述钛合金基体由如下质量百分含量的成分组成：Al6.40％、V4.15％、Fe0.20％、B 0.005％和余量的Ti；所述机械加工的方式为用CNC数字加工中心对切割的产物的表面进行机械加工；制备所述模具的材料优选为H13耐热钢；所述钛合金基体的预热温度为900℃，钛合金基体的预热时间为30min；所述模具的预热温度为890℃，模具的预热时间为120min；
(2)将所述步骤(1)得到的预热钛合金基体放入到预热模具中，然后在液压快锻机中依次进行等温模锻成型和冷却，最后采用CNC数字加工中心对冷却的产物进行精加工，得到锻造钛合金；所述预热模具的内表面与预热钛合金基体外表面的距离为3～5mm；所述等温模锻成型的始锻温度为 890℃，等温模锻成型的终锻温度为850℃；所述冷却的方式为自然冷却；所述冷却时施加的压力为15MPa；所述冷却的终点温度优选小于相变点温度；
(3)采用增材制造工艺在所述步骤(2)得到的锻造钛合金表面制备抗菌层，得到抗菌钛合金股骨头；所述抗菌层由如下质量百分含量的成分组成： Ag0.90％、Cu0.15％和余量的Ti；所述增材制造工艺的原料为直径为 0.1～0.9mm的钛合金金属丝材；所述钛合金金属丝材的成分与抗菌层的成分相同；所述增材制造工艺的参数为：熔敷速度为10～60mm/分钟，激光机的电压为20～60V，激光机的电流为500～1500A，激光焦距为60～260mm，增材制造工艺的保护气体为氩气，增材制造工艺的保护气体的流量为1～8升/ 分钟，增材制造工艺的保护气体的流量压力为10～15MPa，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体为氩气，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量为20～30升/分钟，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量压力为8～10MPa；所述抗菌层的平均厚度为0.9mm；所述抗菌层的表面为均布的半圆形凸起结构，所述抗菌钛合金股骨的柄位处半圆形凸起结构的直径为0.3mm，抗菌钛合金股骨的柄头部半圆形凸起结构的直径为0.5mm。
本发明实施例1制备的抗菌钛合金股骨头的实物图如图1和图2所示，其中，图1为抗菌钛合金股骨头的正面实物图；图2为抗菌钛合金股骨头的反面实物图。由图1和图2可以看出，抗菌钛合金股骨头表面附有一层抗菌层，同时抗菌层的表面为均布的半圆形凸起结构，圆形凸起结构根据需要在直径为0.1～0.5mm的范围内调整，从而可以与人体组织具有较大的接触面积，稳定性好。
实施例2
所述步骤(1)中钛合金基体由如下质量百分含量的成分组成：Al6.45％、V4.18％、Fe0.25％、B0.4％和余量的Ti；
所述步骤(1)中钛合金基体的预热温度为910℃；所述模具的预热温度为895℃；
所述步骤(2)中等温模锻成型的始锻温度为880℃，等温模锻成型的终锻温度为840℃；
所述步骤(3)中抗菌层的平均厚度为0.8mm；
其他条件和实施例1相同。
实施例3
所述步骤(1)中钛合金基体的预热温度为895℃；所述模具的预热温度为885℃；
所述步骤(2)中等温模锻成型的始锻温度为890℃，等温模锻成型的终锻温度为830℃；
所述步骤(3)中抗菌层的平均厚度为1.0mm；所述抗菌钛合金股骨的柄头部半圆形凸起结构的直径为0.58mm；
其他条件和实施例1相同。
对比例1
进口某国粉末冶金钛合金麻面柄股骨头；
按质量百分含量计，具体成分为：Al6.30％，V4.05％和余量的Ti，杂质符合国际钛合金植入物标准。
对比例2
国产某合资企业钛合金股骨头；
按质量百分含量计，具体成分为：Al6.20％，V4.20％和余量的Ti，符合《外科植入钛及钛合金加工材》标准GB/T13810-2007。
根据《外科植入钛及钛合金加工材》标准GB/T13810-2007，对实施例 1～3制备得到的抗菌钛合金股骨头和对比例1～2提供的钛合金股骨头的性能进行测试，其结果如表1所示：
表1实施例1～3制备的抗菌钛合金股骨头和对比例1～2提供的钛合金股骨头的力学性能
Figure BDA0003894722230000101
Figure BDA0003894722230000111
由表1可以看出，本发明制备的抗菌钛合金股骨头相较于现有的钛合金股骨头，具有更高的抗压强度和屈服强度，同时冲击韧度得到了明显的提升，同时抗菌钛合金股骨头的伸长率和断面收缩率与现有的钛合金股骨头相当，未降低，说明本发明提供的制备方法制备得到的抗菌钛合金股骨头具有更加优异的力学性能。
通过沈阳北部战区总医院对实施例1～3制备得到的抗菌钛合金股骨头的抗菌性能进行测试，测试结果为：本发明提供的抗菌钛合金股骨头对革兰阴性无芽孢杆菌的灭活率达到98％，对革兰阳性无芽孢杆菌的灭活率达到 98.5％，对革兰阴性厌氧球菌的灭活率达到99％，对革兰阳性厌氧球菌的灭活率达到98.5％，对革兰阳性产芽孢杆菌的灭活率达到98.％，对腐蚀类杆菌的灭活率达到99％。由此可见，本发明提供的抗菌钛合金股骨头对多种细菌具有良好的灭活功效，具有优异的抗菌抑菌性能，能够显著降低抗菌钛合金股骨头植入人体后的细菌感染率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗菌钛合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛合金基体和模具分别进行预热，得到预热钛合金基体和预热模具；
(2)将所述步骤(1)得到的预热钛合金基体放入到预热模具中，然后依次进行等温模锻成型和冷却，得到锻造钛合金；
(3)在所述步骤(2)得到的锻造钛合金的表面制备抗菌层，得到抗菌钛合金；
所述步骤(1)中钛合金基体包括如下质量百分含量的成分：Al5.80～6.40％、V 3.60～4.40％、Fe 0.15～0.25％、B 0.002～0.005％和余量的Ti；
所述步骤(3)中抗菌层包括如下质量百分含量的成分：Ag 0.50～1.50％、Cu 0.10～0.20％和余量的Ti。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛合金基体的预热温度为900～910℃，钛合金基体的预热时间为20～60min；所述模具的预热温度为880～900℃，模具的预热时间为90～150min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中等温模锻成型的始锻温度为890～910℃，等温模锻成型的终锻温度为800～850℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中冷却的方式为自然冷却，冷却时施加的压力为10～20MPa。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中制备抗菌层的方法为增材制造工艺。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述增材制造工艺的原料为钛合金金属丝材，所述钛合金金属丝材的直径为0.1～0.9mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述增材制造工艺的参数为：熔敷速度为10～60mm/分钟，激光机的电压为20～60V，激光机的电流为500～1500A，激光焦距为60～260mm，增材制造工艺的保护气体为氩气，增材制造工艺的保护气体的流量为1～8升/分钟，增材制造工艺的保护气体的流量压力为10～15MPa，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体为氩气，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量为20～30升/分钟，调定成形的钛合金基体包护套的保护气体的流量压力为8～10MPa。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中抗菌层的平均厚度为0.8～1.0mm。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的抗菌钛合金。
10.权利要求9所述抗菌钛合金在人体植入材料中的应用。
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