Charakterisierung des Einflusses von laserstrahlgeschnittenen Oberflächen auf das Ermüdungsverhalten von Ti-6Al-4V-ELI

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Martina Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402380578

Das Ziel des beantragten Vorhabens ist die Charakterisierung des Einflusses der durch den Laserschnitt erzeugten Kerbwirkungen sowie mikrostrukturellen Effekte auf die Schwingfestigkeiten der aktuell als ein Industriestandard verwendeten Medizinlegierung Ti-6Al-4V-ELI (nach ASTM F136 und ISO 5832-3). Komplexe, an Patientengruppen angepasste Implantatgeometrien erfordern funktionelle, hochflexible Materialbearbeitungsstrategien. Hier bietet sich das Verfahren des Laserstrahlschneidens an. Eine besondere Herausforderung bei der Anwendung des Laserstrahlschneidens besteht jedoch in der Aufklärung des Einflusses der sich ausbildenden Wärmeeinflusszone und der Oberflächenqualität der Schnittfläche (Gratanhaftung, Oberflächenrelief) auf das Ermüdungsverhalten von Implantaten. Zur Identifizierung der wesentlichen versagenskritischen Effekte der Schnittkante werden Ermüdungsversuche an lasergeschnittenen Proben aus Ti-6Al-4V-ELI mit und ohne Nachbearbeitung der Laserschnittkante durchgeführt. Anhand fraktographischer und metallographischer Analysen vor und im Anschluss an Ermüdungsversuche werden die versagenskritischen Kanteneffekte identifiziert und der Einfluss einer nachfolgenden Oberflächenbearbeitung (Gleitschleifen und mechanisches Polieren) geklärt. Ein Vergleich der Ergebnisse mit Befunden an Reintitan und einer -Titanlegierung sollen den möglichen Einfluss der Kerbempfindlichkeit in der WEZ aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen