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钛及其合金具有优越的机械性能、生物相容性和耐腐蚀性等优点,被广泛用作生物材料。但用来制作牙科修复体时,钛及钛合金仍然显现出一些不足。例如,纯钛作为义齿基托或活动义齿卡环时强度略有不足,容易发生折断和变形；钛及钛合金义齿的耐磨性较差,必须定期更换,以避免产生颞下颌关节紊乱；Ti-6Al-4V和Ti-6Al-7Nb拥有足够的强度,但含有毒性元素Al和V,存在潜在的毒性问题。为了克服上述缺点,人们开始研究新型无毒齿科钛合金。本论文首先将传统牙科贵金属合金中常用的元素In引入纯钛,制备Ti-1In、Ti-5In、Ti-10In和Ti-15In合金。然后在Ti-5In合金基础上添加一种α-Ti稳定元素Sn(1at%、3at%、5at%)和一种β-Ti稳定元素Mo(1at%、3at%、5at%),形成Ti-In、Ti-In-Sn和Ti-In-Mo三个合金体系,并分别研究合金元素的种类及含量对合金的组织结构和性能的影响。研究结果表明,Ti-In系合金的实际成分与名义成分有偏差,合金元素含量越高,其损失比例也越大。三种合金系的显微组织均为典型的层片状或针状,只有Ti-5In-5Mo合金为等轴状β晶粒和针状α的混合。α稳定元素In和Sn具有固溶强化作用,显著提高了Ti-In和Ti-In-Sn合金的强度,在一定程度上降低了延伸率,但对弯曲弹性模量没有明显影响。β稳定元素Mo也有一定的强化作用,添加1%和3%的Mo使合金强度提高,添加5%Mo使合金发生双屈服现象。随着Mo含量的增加,Ti-In-Mo合金出现较多的β相,使弯曲模量先升高后降低。耐磨性测试结果表明,合金元素对摩擦磨损过程的影响较大。首先,合金的强度越高,稳定摩擦系数越低。其次,对于α稳定元素,当添加量较少时,其影响有限,合金的摩擦系数首先出现短暂的低位平台,随后进入过渡阶段和稳定阶段(如Ti-1In、Ti-5In、Ti-10In、Ti-5In-1Sn和Ti-5In-3Sn)；随着添加量的增加(如Ti-15In和Ti-5In-5Sn),摩擦系数低位平台消失,磨粒磨损特征显著,磨损速率增加。相比之下,加入1at%Mo便引起摩擦系数低位平台的消失。分析认为,摩擦系数的低位平台是由表面氧化层的减磨作用引起的。研究结果表明,Ti-15In、Ti-5In-5Sn和Ti-5In-3Mo合金的磨损以磨粒磨损为主,其余合金的磨损方式为黏着磨损和磨粒磨损共存。对合金电化学腐蚀行为的研究发现,Ti-In系合金在模拟唾液中具有与纯钛相当的耐蚀性,维钝电流密度为10μA/cm2左右。在加入NaF的模拟唾液中,Ti-In系合金的耐蚀性显著降低,F-的存在破坏了表面氧化膜的保护性,使维钝电流密度增加1-2个数量级,腐蚀速度加快。腐蚀形貌的显著差异表明合金具有不同的腐蚀机理。在加入H2O2的模拟唾液中,Ti-In系合金更易发生氧化(腐蚀)反应,表面氧化膜的形成时间缩短,厚度增加,造成合金的开路电位升高。随着H202浓度的增加,合金表面氧化膜粗糙度变大,氧化膜结构也发生变化,导致极化电阻先降低后升高。离子溶出试验结果表明,添加合金元素使离子溶出总量增加,其中很大程度来源于Ti溶出量的增加。Ti-In系合金的离子溶出速率按以下顺序递增：TA2<Ti-5In<Ti-5In-5Sn<Ti-5In-5Mo。对浸泡后的合金进行表面成分分析发现,Ti-In系合金表面的氧化膜由各种合金元素的氧化物组成,以TiO2为主,并伴有In2O3和SnO2或MoO3。这种以TiO2为主的表面氧化膜赋予Ti-In系合金良好的生物相容性。所有合金的溶血率均小于1%,满足人体对材料溶血率小于5%的要求,不会引起急性溶血。按照相关评价标准,Ti-In系合金对L929和NIH/3T3成纤维细胞的毒性为1级水平,无明显的生物毒性。