医用钛合金因具有良好的力学、物理、化学性能及出色的生物相容性,成为了人造关节,牙植入体及骨创伤产品等硬组织替代物及修复物的首选材料。钛及钛合金植入体在植入之前需要进行表面改性,以提高其耐腐蚀性及生物活性。目前国内外钛合金植入体的表面改性方法均是在机械加工成形之后,其缺点是工艺链长、工艺设备复杂、效率低、成本高。鉴于此,本研究提出了一种切削加工成形与表面改性于一体的钛合金植入体制备新方法；利用切削加工产生的切削热进行表面氧化改性,提高其耐腐蚀性；利用切削加工形成的特定表面形貌提高其生物活性。从可持续发展的角度开发出一种针对钛合金植入体的新型绿色切削加工制备方法,对缩短工艺链、提高效率、降低成本、保护环境、提高钛合金植入体制造技术水平和产品竞争力有重要作用。主要研究工作如下：首先,基于氧化热力学研究钛合金氧化膜产生的机理,确定形成致密二氧化钛膜的条件。基于物理化学理论,分析钛合金氧化过程中钛离子和氧离子的运动规律,揭示钛合金氧化速度的主要控制因素。研究结果表明：形成致密二氧化钛氧化膜的最佳温度范围为600-900℃,此温度范围内钛合金氧化速度的主要控制因素为氧离子通过氧化膜的扩散速度。其次,基于菲克第一定律及阿列纽斯公式建立钛合金氧化动力学模型,研究影响氧化速度的主要因素。采用MATLAB对钛合金氧化动力学模型进行计算,分析各因素对氧化速度的影响规律。研究结果表明：影响钛合金氧化速度的主要因素为氧化温度、富氧浓度及富氧压力、晶粒细化程度及氧化膜厚度；提高氧化温度、富氧浓度及富氧压力、晶粒细化程度可加速钛合金的氧化,但氧化膜厚度的增加会降低钛合金氧化速度。然后,搭建富氧气氛下切削加工工艺试验平台,采用Deform 3D有限元仿真软件对切削参数进行优化,将切削温度控制在最佳氧化温度范围。进行不同切削参数及不同富氧气氛下切削加工试验,对钛合金加工表面氧化膜成分和厚度,表面形貌及表层晶粒进行表征,分析切削温度,富氧浓度和晶粒细化程度等因素对氧化速度的影响规律。将试验结果与理论结果对比,富氧气氛下切削加工能够显著提高钛合金加工表面氧化膜的厚度及致密性,验证了氧化动力学模型的正确性。最后,对富氧气氛下切削加工表面进行耐腐蚀性及生物活性评价。通过模拟体液浸泡试验及电化学腐蚀试验,研究富氧气氛下切削钛合金表面的腐蚀机理和主要影响因素。通过体外细胞培养,观测细胞的黏附、铺展、增殖、分化及矿化等细胞行为,研究加工表面的生物活性,分析加工表面对细胞行为的调控机理。研究结果表明：富氧气氛下切削加工生成的氧化膜能够显著提高钛合金的耐腐蚀性,而且表面形成的微/纳复合结构面形貌有利于蛋白质的吸附,对细胞的黏附,铺展,增殖等细胞行为有较好的调控作用,显著提高了钛合金的生物活性。