Microstructure and Mechanical Characteristics of µ-Plasma Additively Manufactured Equiatomic Ti–Nb–Zr–Mo–Ta HEA

Pankaj Kumar; Neelesh Kumar Jain; Sharad Gupta

doi:10.1007/s12540-023-01540-5

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자료유형: 학술저널

저자정보: Pankaj Kumar (IIT Indore) Neelesh Kumar Jain (IIT Indore) Sharad Gupta (IIT Indore)

저널정보: 대한금속·재료학회 Metals and Materials International Metals and Materials International Vol.30 No.3

발행연도: 2024.3

수록면: 646 - 666 (21page)

DOI: 10.1007/s12540-023-01540-5

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This paper reports on microstructure evolution, phase formation, microhardness, compressive stress–strain relationship,fractography, and sliding wear characteristics of multi-layer depositions of equiatomic Ti–Nb–Zr–Mo–Ta high entropyalloy (TNZMT HEA) by μ-plasma metal additive manufacturing (μ-PMAM) process. Microstructure evolution revealedthat multi-layer deposition of TNZMT HEA comprises of major body centred cubic (BCC) phase having fine-dendriticstructure and minor BCC phase having inter-dendritic structure. These phases are formed due to minor elemental segregation,higher cooling rates, and decomposition of single BCC phase. Microhardness of μ-PMAM deposited TNZMT HEAis 520 ± 10 HV which is much higher than the vacuum arc-melted TNZMT HEA. It is due to absence of dislocations andgrain boundaries. Its Young’s modulus, ultimate compressive strength, compressive yield strength, and compressive strainare found as 130 ± 4 GPa; 1892 ± 15.6 MPa; 1847 ± 25.8 MPa; and 13.53 ± 1.59% respectively. Minor decrease in stress isobserved after yielding which may be due to dislocation unlocking by solute atoms or the ending of short-range order bydislocation motion. Its average coefficient of sliding friction, average worn-scar depth, and formation of macro-groove anddelamination increases but specific wear rate decreases with the increase in applied load. Smaller values of applied loadresulted in lesser wear debris which is confirmed by EDS analysis of the worn-surfaces. This study confirms that μ-PMAMdeposited TNZMT HEA is a better knee implant material due to its better microstructure, smaller value of Young’s modulus,larger compressive yield strength, higher microhardness, and improved sliding wear resistance.

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