In-situ production of a biomedical metal-matrix composite based on a high entropy alloy reinforced with TiC and TiB

Autor(es)

Mauricio, Danilo Cervantes ; Goncalves, Vinicius Richieri Manso ; Torrento, Jhuliene Elen Muro ; Pintao, Carlos Alberto Fonzar ; Grandini, Carlos Roberto ; Afonso, Conrado Ramos Moreira ; de Almeida, Gerson Santos ; Zambuzzi, Willian Fernando ; Correa, Diego Rafael Nespeque

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T; v. 35, p. 11-pg., 2025-03-01.

Resumo

This study developed a novel metal-matrix composite (MMC) composed of a high entropy alloy (HEA) as a matrix and TiB and TiC particles as reinforcement. The sample was produced by argon arc-melting of a TiNbZrTaMo ingot with the addition of B4C powder to induce in-situ reactions. Then, the sample was submitted to physical, chemical, structural, microstructural, mechanical, tribological, and biological evaluation to uncover the effects of TiB and TiC precipitates on the solid solution. X-ray diffraction measurements confirmed the in-situ reactions, exhibiting a dual phase (BCC + HCP) for the matrix coexisting with the TiC and TiB precipitates. The scanning and transmission electron microscopy revealed that the BCC phase was preferentially enriched by refractory metals (Ta, Mo, and Nb), while the HCP and carbide precipitate by Ti and Zr. The results also highlighted a great interfacial bonding between the TiC precipitate and the matrix. The selected mechanical properties indicated that the precipitates unaffected the microhardness values but had a smooth influence on the elastic modulus. The precipitates mostly enhanced wear resistance despite the corrosion one. The cytotoxicity test indicated that the precipitates positively influenced the cell viability and adhesion. Our results shed light on developing the next generation of biomedical materials by joining the HEA and MMC concepts. (AU)

• Processo FAPESP: 23/09532-7 - Produção in situ de um compósito de alta entropia reforçado com B4C para potencial uso como biomaterial
• Beneficiário: Danilo Cervantes Mauricio
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 22/15157-1 - Hipóxia induzida por cobalto como estratégia biomimética para o desenvolvimento de biomateriais avançados
• Beneficiário: Willian Fernando Zambuzzi
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 24/01132-2 - Centro Multidisciplinar para o Desenvolvimento de Tecnologia Assistiva (CMDTA)
• Beneficiário: Carlos Roberto Grandini
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Ciência para o Desenvolvimento
• Processo FAPESP: 24/03148-3 - Biofuncionalização de ligas biomédicas de titânio usando oxidação por micro-arco e o conceito de óxidos de alta entropia
• Beneficiário: Diego Rafael Nespeque Correa
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 24/03886-4 - "Da bioinspiração à inovação: repertório de moléculas bioativas fisioestruturais do osso como guia para o desenvolvimento de produtos biomiméticos"
• Beneficiário: Gerson Santos de Almeida
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/13921-3 - Desenvolvimento de uma liga de alta entropia de baixo custo para potencial aplicação como dispositivos de fixação óssea
• Beneficiário: Jhuliene Elen Muro Torrento
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado