本文通过阳极氧化和微弧氧化,在纯钛表面制备了内径为～50nm、～100nm、～170nm、～250nm和～400nm的TiO2纳米管／孔层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、台阶仪、接触角测试仪、显微硬度和纳米硬度测量仪对改性后试样表面的形貌、晶型结构、粗糙度、亲水性、显微硬度和纳米硬度进行了测试。评价了表面纳米化纯钛的细胞相容性及摩擦学性能。通过在各组试样表面培养MC3T3-E1成骨细胞株,初步考察了TiO2纳米管／孔层的细胞相容性。对于表面纳米管径小于170nm的试样,随着管径增大,表面细胞活性、增殖和分化能力减弱；对于表面纳米管／孔径大于等于170nm的试样(管／孔径为～170nm、～250nm和～400nm),随着管／孔径的增大,表面细胞活性、增殖和分化能力增强。与无定形的TiO2纳米管相比较,锐钛矿型TiO2纳米管表面显示出更好的细胞相容性。为了更深入地考察纳米管／孔径对细胞行为的影响,选择了SD大鼠的原代成骨细胞作为母细胞,根据上面的初步实验结果,在内径为0nm、～50nm、～170nm和～400nm的TiO2纳米管／孔层上培养成骨细胞。着重考察了细胞的早期反应,如细胞粘附、细胞形貌、肌动蛋白骨架和增殖,并进一步研究了细胞分化和细胞基质钙盐沉积。结果表明,纳米管／孔径影响了成骨细胞的各种行为。170nm-A-HT表面具有最好的细胞相容性,成骨细胞显示出最强的增殖、分化和成骨能力。TiO2纳米管层作为钛基体表面的一种氧化物薄膜,摩擦学性能对其可靠性和功能性有重要影响,而微动磨损是硬组织植入材料的主要磨损形式之一。在大气及润滑环境里,以GCrl 5钢球为对磨偶件,在40N的法向载荷下,对TiO2纳米管层(内径为0nm、～50nm、～100nm和～170nm)试样进行微动磨损实验。纳米管层的磨损机理主要为磨粒磨损、疲劳磨损、粘着磨损和氧化腐蚀磨损。不论干摩擦还是在润滑条件下,大管径(内径为～170nm)试样的摩擦系数较低。润滑下,热处理后的大管径试样(170nm-HT-L)磨损深度最小。试样的磨损深度主要与热处理前后试样的表面硬度变化以及试样表面的纳米管径有关。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)常用于人工髋臼。以UHMWPE球为对磨偶件,分别在4种法向载荷下(40N、60N、80N和100N),在大气及润滑环境里对阳极氧化试样进行微动磨损实验。结果表明,与UHMWPE对磨,TiO2纳米管层有很好的承载、抗剥离和耐磨性能。摩擦副的主要磨损机理为磨粒磨损及UHMWPE塑变导致的表层材料损失。随法向载荷的增加,同一摩擦副的摩擦系数降低。摩擦系数主要受纳米管径的影响,还受表面粗糙度和弹性模量的共同影响。试样50nm-HT在干摩擦和润滑下的摩擦系数及磨损程度均最小。干摩擦时,纳米管／孔的存在明显降低了纯钛及UHMWPE的磨损。