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Vortrag

Korrosions- und Korrosionsermüdungsverhalten der additiv gefertigten Magnesiumlegierung WE43 für biomedizinische Anwendungen

Tuesday (03.12.2019)
14:20 - 14:40 Uhr

In der Chirurgie findet die Stabilisierung von Knochenbrüchen o.ä. durch Fraktur- und Rekonstruktionsplatten statt, die u.a. aus bioresorbierbaren Materialien, wie z.B. Magnesiumlegierungen hergestellt werden. Hierbei ist die geringe Korrosionsbeständigkeit von Mg-Legierungen vorteilhaft, da durch die Degradation eine Zweitoperation zur Entfernung des Implantats überflüssig wird. Zukunftsweisende Technologien zur Herstellung dieser Implantate sind additive Fertigungsverfahren, u.a. selektives Laserstrahlschmelzen (SLM). Ein entscheidender Vorteil der additiven gegenüber den subtraktiven Fertigungsverfahren ist die geometrische Freiheit, die es ermöglicht, an den Patienten/innen individuell angepasste Implantate zu fertigen.

In der vorliegenden Studie wird die SLM-gefertigte Mg-Legierung WE43 untersucht. Unter Variation der Fertigungsparameter werden zylindrische Proben auf Basis der DIN 50106 hergestellt. Im Ausgangszustand werden die Proben durch µ-CT Scans charakterisiert, um fertigungsbedingte Fehlstellen, wie u.a. Gasporen und nicht aufgeschmolzenes Pulver, sowie die Oberflächentopografie zu bestimmen. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur werden metallografische Untersuchungen durchgeführt. Die Abhängigkeit zwischen Fertigungsparametern und Korrosionsverhalten in einem Simulated Body Fluid (SBF) wird durch Immersionstests zur Ermittlung der Korrosionsrate und durch elektrochemische Untersuchungen bestimmt. Die Ermüdungsversuche werden druckschwellend im SBF bei 37 °C sowie als Referenz an Luft durchgeführt. Grundlage für die Untersuchungen ist ein entwickelter Prüfstand, der durch eine in situ Korrosionszelle eine simultane Überlagerung von mechanischer und korrosiver Belastung erlaubt. Neben der Bestimmung der Korrosionsermüdungsfestigkeit wird die Korrosionsmorphologie durch weitere Strukturaufnahmen analysiert.

Sowohl die Gefügestruktur als auch die Porenverteilung und somit die relative Dichte variieren in Abhängigkeit der Fertigungsparameter. Auf Basis des Gefüges ergibt sich während der Immersionstests eine erhöhte spezifische Wasserstoffbildung, sodass ebenfalls die Korrosionsrate mit den Fertigungsparametern korreliert. Die elektrochemischen Untersuchungen zeigen qualitativ einen analogen Zusammenhang. Basierend auf diesen Erkenntnissen lassen sich die unterschiedlichen Ermüdungseigenschaften begründen.

Sprecher/Referent:
Nils Wegner
Technische Universität Dortmund
Weitere Autoren/Referenten:
  • Daniel Kotzem
    Technische Universität Dortmund
  • Prof. Dr. Frank Walther
    Technische Universität Dortmund