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Schweißverbindung Mit Zusatzwerkstoffen artfremde Verbindungen verbessern

Quelle: Pressemitteilung Universität Kassel 2 min Lesedauer

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Schweißverbindungen zwischen nichtrostenden Stählen und Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen sind bislang rissanfällig. Die Werkstoffkombinationen weisen daher häufig geringe Festigkeiten auf. An der Universität Kassel ist nun mit den biokompatiblen Zusatzwerkstoffen Niob, Tantal und Hafnium eine Lösung für das Problem gelungen.

(Bild: sorapolujjin - stock.adobe.com)
(Bild: sorapolujjin - stock.adobe.com)

Titanlegierungen, Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen (kurz: NiTi) sowie nichtrostende Stähle zeichnen sich unter anderem durch hervorragende Korrosions- und Medienbeständigkeit aus und zählen deshalb zu den am häufigsten genutzten Metallen in der Medizintechnik. Wegen der spezifischen Materialeigenschaften ist es jedoch aus funktionellen, fertigungstechnischen sowie aus wirtschaftlichen Gründen gewünscht, artfremde Verbindungen zu anderen Werkstoffen herzustellen um deren Vorteile in Bauteilen mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu vereinen. Diese artfremden Schweißverbindungen sind jedoch rissanfällig. Daher weisen die Werkstoffkombinationen häufig geringe Festigkeiten auf. Dieses Problem haben Forschende an der Universität Kassel im Forschungsprojekt „MeTiWeld“ gelöst.

Zusatzwerkstoffe Niob, Tantal und Hafnium führen zu höheren Festigkeiten

Wie die Universität Kassel mitteilt, untersuchten die Wissenschaftler artfremde Strahlschweißverbindungen bei Titanlegierungen, nichtrostenden Stählen und NiTi unter Nutzung biokompatibler Zusatzwerkstoffe wie Niob, Tantal und Hafnium. Zum Einsatz kamen sowohl das Mikro-Elektronenstrahlschweißen als auch das Laserstrahlschweißen. Nach eigenen Angaben konnten bei der Verwendung der Zusatzwerkstoffe herausragende Zug- und Biegefestigkeiten erzielt werden, welche die Ergebnisse bisheriger Studien zum artfremden Strahlschweißen der Grundwerkstoffe deutlich übertreffen.

Zwei Medizintechnik-Anwendungen verbessert

Mit dem Forschungsvorhaben wurde auch eine essentielle Basis für die Übertragung auf medizintechnische Bauteile geschaffen. Hier verbesserte das Forschungsteam zwei Anwendungen: Zum Einen konnte an einer Stapesprothese (Mittelohrimplantat), deren Schaft aus reinem Titan und das Ankopplungselement aus superelastischem NiTi besteht, die Zugfestigkeit durch das Einschweißen einer dünnen Niob-Folie um mehr als das Dreifache gesteigert werden. Stapesprothesen werden als Ersatz für die fünf Millimeter langen Steigbügel, die kleinsten Knochen im menschlichen Körper, eingesetzt. Zum Anderen konnte das Forschungsteam zeigen, dass bei einem Führungsdraht, der bei einer Herzkatheter-Untersuchung benötigt wird, die Zusatzwerkstoffe Niob oder Tantal zwischen nichtrostendem Stahl und NiTi-Draht zu einer fast doppelt so hohen Zugfestigkeit der Materialverbindungen führen.

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