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生物医用钛合金由于具有与人体骨骼相近似的弹性模量、良好的生物相容性和机械加工性能及在生物环境下优良的抗腐蚀性等优点，引起了国内外学者的广泛关注，并在临床上得到了越来越广泛的应用。到目前为止，用于生物医用的钛合金主要为Ni-Ti基合金，然而Ni-Ti合金存在潜在的Ni离子毒性的问题，因此，研究开发新型生物医用无Ni钛合金成为当前的一个研究热点。本论文系统地研究了新型生物医用Ti-Ta和Ti-30Ta-Nb合金的微观组织结构和力学性能等，并在所获得的结果上添加Si/Zr第四组元，以进一步优化改善上述合金的性能。
研究表明：Ta对Ti-xTa(x=30-65，wt.％，下同)合金的组织和力学性能影响明显。其中x=30和x=40合金均为α"单相，x=55合金主要为α″相和少量β相，而x=65合金则为主要β相和少量α"相。随着Ta含量的增加，合金出现两个弹性模量的极小值，分别为x=30和x=65，其中x=30的弹性模量仅为53GPa。
Nb对Ti-30Ta-xNb(x=12-30)合金的组织和力学性能有较大的影响。当x≤15时，合金为单一α″相，当x≥27时，合金为单一β相，当x从15到24，合金组织则从主要是α″相和少量的β相过渡到主要β相和少量α″相。随着Nb含量的变化，合金在x=21出现弹性模量的极小值，为60.95GPa。合金力学性能的变化主要是由合金的微观组织、相组成及其含量和各相的晶胞参数等综合作用的结果。
微量Si对Ti-30Ta-18Nb-xSi(x=0.1，0.2，0.3)合金的组织和力学性能也有明显的影响。当x=0.1时，有(Ti，Ta,Nb)3Si相析出，且其含量和颗粒尺寸随着Si的增加而逐渐增加。另一方面，随着Si含量的增加，合金的抗拉强度逐渐升高．到x=0.3达到617.22MPa。经过时效后所有的合金的抗拉强度都有了很大的提高，其中x=0.3更是达到851.65MPa。
Zr对Ti-30Ta-18Nb-xZr(x=0-9)合金组织和力学性能也有较大的影响。当x≤3时，合金主要为α"相和少量的β相，当x≥6时，合金为单一β相。随着Zr含量的增加，合金的抗拉强度逐渐升高，到x=9时达到645.3MPa。经过时效后所有的合金的抗拉强度都有了很大的提高，其中x=9更是达到了800.71MPa。合金的弹性模量随着Zr含量的增加而先下降后上升，在x=3时达到最小。与传统医用植入材料及有报道的钛合金相比，x=3、x=6和x=9的高强度和低模量达到了很好的匹配，具有发展成为生物医用高强度低模量钛合金的良好潜力。