Produção in situ de um novo compósito de matriz metálica baseado em uma liga de alta entropia reforçada com TiC e TiB para uso potencial como implante biomédico

Abstract

Este estudo visou desenvolver um compósito inovador para implantes biomédicos, utilizando uma matriz de liga de alta entropia (HEA) TiNbZrTaMo reforçada in situ com partículas de TiC e TiB, formadas a partir de pó de B4C por fusão em arco de argônio. A caracterização estrutural revelou uma matriz bifásica (cúbica de corpo centrado e hexagonal compacta) com precipitados distribuídos de forma irregular, reforçando a ligação interfacial. As propriedades mecânicas indicaram que os precipitados não influenciaram a microdureza (aproximadamente 450 HV), mas aumentaram o módulo de elasticidade (aproximadamente 127 GPa). Nos testes de desgaste e tribocorrosão, o compósito apresentou resistência ao desgaste superior, embora o comportamento à tribocorrosão tenha sido similar à matriz HEA sem reforços. Ensaios biológicos preliminares demonstraram que o material promoveu viabilidade e adesão celular significativamente melhores em comparação à matriz isolada, evidenciando seu potencial como material biomédico. Este trabalho contribui para o desenvolvimento de novos compósitos metálicos resistentes ao desgaste e biocompatíveis, explorando novos horizontes de implantes biomédicos pioneiros.

This study aimed to develop an innovative composite for biomedical implants using a high entropy alloy (HEA) TiNbZrTaMo matrix reinforced in situ with TiC and TiB particles formed from B4C powder through argon arc melting. Structural characterization revealed a biphasic matrix (body-centered cubic and hexagonal closepacked) with irregularly distributed precipitates, strengthening the interfacial bonding. The mechanical properties indicated that the precipitates did not affect the microhardness (approximately 450 HV) but increased the elastic modulus (approximately 127 GPa). In wear and tribocorrosion tests, the composite exhibited superior wear resistance, although the tribocorrosion behavior was similar to the HEA matrix without reinforcements. Preliminary biological assays demonstrated that the material significantly improved cell viability and adhesion compared to the isolated matrix, highlighting its potential as a biomedical material. This work contributes to the development of novel wear-resistant and biocompatible metallic composites, exploring new horizons for pioneering biomedical implants.