An Ultra‐Low Modulus of Ductile TiZrHfTa Biomedical High‐Entropy Alloys through Deformation Induced Martensitic Transformation/Twinning/Amorphization

材料科学 晶体孪晶 无扩散变换 变形(气象学) 马氏体 模数 复合材料 冶金 微观结构
作者
Bingnan Qian,Xiaoqing Li,Yu Wang,Junhua Hou,Jikui Liu,Sihao Zou,Fengchao An,Wenjun Lu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (24): e2310926-e2310926 被引量:43
标识
DOI:10.1002/adma.202310926
摘要

Biomedical alloys are paramount materials in biomedical applications, particularly in crafting biological artificial replacements. In traditional biomedical alloys, a significant challenge is simultaneously achieving an ultra-low Young's modulus, excellent biocompatibility, and acceptable ductility. A multi-component body-centered cubic (BCC) biomedical high-entropy alloy (Bio-HEA), which is composed of non-toxic elements, is noteworthy for its outstanding biocompatibility and compositional tuning capabilities. Nevertheless, the aforementioned challenges still remain. Here, a method to achieve a single phase with the lowest Young's modulus among the constituent phases by precisely tuning the stability of the BCC phase in the Bio-HEA, is proposed. The subtle tuning of the BCC phase stability also enables the induction of stress-induced martensite transformation with extremely low trigger stress. The transformation-induced plasticity and work hardening capacity are achieved via the stress-induced martensite transformation. Additionally, the hierarchical stress-induced martensite twin structure and crystalline-to-amorphous phase transformation provide robust toughening mechanisms in the Bio-HEA. The cytotoxicity test confirms that this Bio-HEA exhibits excellent biocompatibility without cytotoxicity. In conclusion, this study provides new insights into the development of biomedical alloys with a combination of ultra-low Young's modulus, excellent biocompatibility, and decent ductility.
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