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TI-343/167-1: Endkonturnahe Beschichtung additiv gefertigter Komponenten mit biokompa-tiblen Eigenschaften

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Projektbearbeiter: David Kokalj,Nelson Filipe Lopes Dias,Dominic Stangier

Projektpartner: Dr. Jessica Meißner (geb. Stahl), Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo); Hannover Prof. Dr.-Ing. habil. Mirko Schaper, Lehrstuhl für Werkstoffkunde (LWK), Universität Paderborn

Im Forschungsvorhaben sollen die Oberflächeneigenschaften von additiv gefertigten, biomedizintechnischen Bauteilen durch PVD-Beschichtungen grundlegend untersucht werden. Es wird die Herstellung von Komponenten mittels Laserstrahlschmelzens (SLM) aus den Titanlegierungen Ti6Al7Nb (α+ß) und Ti24Nb4Zr8Sn (ß) fokussiert, da diese Legierungen im Vergleich zur kommerziellen Ti6Al4V Legierung über bessere mechanische Eigenschaften, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Biotoleranz verfügen. Die mechanischen Eigenschaften der Ti6Al7Nb Legierung können durch den Volumenanteil und die Morphologie der hexagonalen α-Phase und der kubisch-raumzentrierten ß-Phase beeinflusst werden. Bei stark unter-schiedlichen E-Modulen von Knochen und Implantat könnte durch Stress Shielding ein kontinuierlicher Knochenabbau auftreten. Daher soll auch die ß-Titanlegierung Ti24Nb4Zr8Sn, die einen vergleichsweise niedrigen E-Modul aber eine hohe Festigkeit hat, in diesem Forschungsvorhaben untersucht werden. Um die Biokompatibilität zu erhöhen, werden Proben von allen Legierungssystemen mit einem multi-lagigen bzw. gradierten Schichtsystem aus Ti(Zr,Hf)CN beschichtet. Dieses Schichtsystem zeigt gute biokompatible Eigenschaften und bietet ein hinreichendes tribologisches Verhalten. Die Auswahl des Schichtsystems erfolgt in Hinblick auf die Herstellung von individuell angepassten Implantaten mittels SLM und die Funk-tionalisierung mittels PVD-Beschichtung. Nach Abscheidung der verschiedenen Beschichtungen wird deren Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und Ermüdungsfestigkeit im LCF- sowie im HCF-Bereich charakterisiert.

TI_343_167-1_Abbildung_1

Abbildung 1: Abscheidevarianten der Schichtsysteme am Beispiel des Ti6Al7Nb-Substrates