通过纳米结构工程与相变提升高熵合金的生物相容性与力学性能演化
材料科学
2025-06-24 v1 医学物理
摘要
高熵合金（HEA）作为具有高构成熵的多组分材料，因其潜力受到广泛关注；然而，其低屈服应力和高弹性模量尚需克服，以适用于未来的生物医学应用。在本研究中，通过纳米晶生成来增强强度，并采用相变技术降低高熵合金的弹性模量，该合金基于Ti-Zr-Hf-Nb-Ta，具有良好的生物相容性。合金经高压扭转（HPT）处理后，形成（i）BCC（面心立方）向ω相变，经双晶机制实现 [101]{\omega}//[011]BCC 和 [211]omega//[121]BCC；（ii）均值为20 nm的纳米晶形成；（iii）位于BCC-ω界面附近发生位错生成。这些结构和微观特征显著增强硬度，将拉伸强度提升至2130 MPa，拉伸伸长率超过13%，弹性模量降低至69 GPa，并显著改善生物相容性。此外，HEA表现出改进的阳极化效果，表面形成均匀分布的氧化物纳米管，管径较小，管长较长，与纯钛材料相比具有优势。这些通过产生缺陷纳米晶和BCC与次稳定ω相共存而实现的显著性能，凸显了采用严重塑性变形处理的HEA在未来生物医学应用中，特别是骨科领域的潜力。
引用
@article{arxiv.2506.17849,
title = {Boosting biocompatibility and mechanical property evolution in a high-entropy alloy via nanostructure engineering and phase transformations},
author = {Thanh Tam Nguyen and Payam Edalati and Shivam Dangwal and Karina Danielle Pereira and Alessandra Cremasco and Ricardo Floriano and Augusto Ducati Luchessi and Kaveh Edalati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.17849},
year = {2025}
}