TC4（Ti-6Al-4V）因其優(yōu)異的生物相容性和高比強度而在生物醫(yī)學植入物中得到廣泛應用。然而，成功的植入需要同時滿足強大的抗菌性能和出色的機械性能[1]、[2]的要求。銅（Cu）因其高效的廣譜抗菌效果而被認為是提高鈦合金抗感染性的關鍵元素[3]、[4]。在TC4中，Cu可以形成CuTi₂金屬間相，通過第二相強化來增強材料的性能[5]。強化相的原位形成通過載荷傳遞和彌散強化機制提高了鈦基合金的硬度和耐磨性[6]。不幸的是，采用傳統(tǒng)熔化方法制備的鈦銅合金常常會出現Cu偏析，導致CuTi₂相粗化。這不僅削弱了強化效果，還嚴重影響了材料的塑性，使得傳統(tǒng)的鈦銅合金無法滿足植入物的綜合性能要求[7]。Zhou等人[8]通過結合選擇性激光熔化（SLM）和火花等離子燒結技術制備了一種具有獨特結構的TC4-Ti5Cu復合材料，解決了鈦合金抗菌性能不足和性能-功能性之間的矛盾。他們的研究證實了Ti-5Cu區(qū)域與TC4區(qū)域之間形成了牢固且無缺陷的冶金結合。Ti-5Cu區(qū)域主要由層狀的α相和分布的CuTi₂沉淀物組成。與整體合金相比，這種復合材料具有更好的耐腐蝕性和超過99%的抗菌率。SLM的高速冷卻特性抑制了Cu原子的擴散，快速凝固有效防止了Cu偏析和傳統(tǒng)工藝中常見的粗化脆性相的形成，從而獲得了均勻的細晶結構。然而，制備態(tài)合金通常具有較高的殘余應力和較低的塑性[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。熱處理是消除殘余應力、控制沉淀相和恢復塑性的關鍵后處理技術。然而，熱處理過程中銅改性鈦合金的相變和微觀結構沉淀的調控機制尚未完全明了[10]、[14]。此外，依賴貴金屬（如Pd、Ru）的鈦合金改性策略面臨成本限制，這突顯了廉價元素Cu的巨大工程價值。

目前關于鈦銅合金的研究主要采用上述傳統(tǒng)方法，限制了TC4合金在醫(yī)學領域的進一步應用。因此，迫切需要新的方法來協(xié)同調控合金化和熱處理過程。為解決這一研究空白，本研究采用機械合金化（MA）與SLM結合的方法制備了不同銅含量的TC4-Cu合金（0%、3%和5%）。選擇這種方法是因為與傳統(tǒng)熔化或燒結方法相比，它能夠實現更好的成分均勻性和更精細的微觀結構。我們確定了最佳的SLM工藝參數，研究了退火熱處理后TC4-Cu合金的微觀結構，并評估了其機械性能和抗菌性能。需要指出的是，本研究側重于基礎材料研究，而非直接開發(fā)臨床適用的植入材料。研究結果有望為未來銅改性生物醫(yī)學鈦合金的優(yōu)化提供指導。

圖3顯示了在不同激光參數下制備的TC4-3% Cu樣品的相對密度和表面形態(tài)。圖3(a)中的每個數據點對應于一組特定的激光功率和掃描速度組合，這些參數組合產生了相應的體積能量密度。在38–67 J/mm3的E_v范圍內，合金保持了高且穩(wěn)定的相對密度（97.9–98.7%），形成了一個平臺狀分布而非尖銳峰值，表明工藝具有較好的適應性。

本研究通過選擇性激光熔化成功制備了不同銅含量的TC4-Cu合金（0%、3%和5%），解決了SLM處理的Ti-Cu合金普遍存在的高強度與低塑性之間的矛盾。闡明了調控合金化和熱處理后效應的協(xié)同機制，系統(tǒng)地明確了770°C退火對合金微觀結構、機械性能和功能的影響。

秦帥帥：驗證、項目管理、數據分析。王宏：初稿撰寫、驗證、實驗研究、數據分析、數據整理。劉華斌：審稿與編輯、監(jiān)督、資源協(xié)調、項目管理和資金獲取。黃旭：審稿與編輯、監(jiān)督、資源協(xié)調、項目管理和資金獲取、概念構思。陳世輝：審稿與編輯、初稿撰寫、數據可視化、驗證。

作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。