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Juni 2012
Lorenz Gerke
Diamantähnliche Kohlenstoffschichten als dehnungstoleranter Verschleiß- und Korrosionsschutz für Formgedächtnislegierungen
In dieser Arbeit ist ein Beschichtungssystem auf der Basis von diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC) entwickelt worden, um Formgedächtnislegierungen aus Nickel- Titan vor Verschleiß und Korrosion zu schützen. NiTi-Legierungen sind besonders in der Medizintechnik gefragt, wo sie aufgrund ihrer besonderen mechanischen und funktionalen Eigenschaften zum Beispiel als kardiovaskuläre Stents eingesetzt werden. Ein Kritikpunkt beim Einsatz dieser Legierungen in Form von Permanentimplantaten ist die Freisetzung von Nickel in den Körper, was im ungünstigen Fall zu allergischen Reaktionen und Zellschädigungen führen kann.
Das Ziel der Arbeit war es, ein Schichtsystem aus diamantähnlichen Kohlenstoffschichten zu entwickeln, das die hohen möglichen Dehnungen dieser Formgedächtnislegierungen ertragen kann. Neben der elastischen Dehnfähigkeit war auch besonders das Haftvermögen der Schicht auf dem Substrat wichtig. Mit Hilfe von in situ Zugversuchen wurde das Dehnverhalten verschiedener Schichttypen systematisch untersucht und charakterisiert. In technologischen Versuchen wurde die Freisetzung von Nickelionen in körperähnliche Lösungen unter mechanischer Dehnung und unter Verschleißbedingungen untersucht.
Die Art und der Zeitpunkt des Schichtversagens unter Kavitationsbeanspruchung wurden ermittelt und lassen auf eine sehr gute Anbindung der DLC-Schichten an das NiTi-Substrat schließen. Durch die Einstellung der optimalen Schichtzusammensetzung und -parameter konnten elastische Dehnungen in den DLC-Schichten von mehr als 4 % erreicht werden, ohne dass eine Rissbildung auftrat. In den technologischen Versuchen konnte gezeigt werden, dass sowohl die Nickelfreisetzung aus NiTi-Legierungen als auch der adhäsive Verschleiß mit Hilfe der aufgebrachten DLC-Schicht um mehrere Größenordnungen reduziert werden konnte.
Das Ziel der Arbeit war es, ein Schichtsystem aus diamantähnlichen Kohlenstoffschichten zu entwickeln, das die hohen möglichen Dehnungen dieser Formgedächtnislegierungen ertragen kann. Neben der elastischen Dehnfähigkeit war auch besonders das Haftvermögen der Schicht auf dem Substrat wichtig. Mit Hilfe von in situ Zugversuchen wurde das Dehnverhalten verschiedener Schichttypen systematisch untersucht und charakterisiert. In technologischen Versuchen wurde die Freisetzung von Nickelionen in körperähnliche Lösungen unter mechanischer Dehnung und unter Verschleißbedingungen untersucht.
Die Art und der Zeitpunkt des Schichtversagens unter Kavitationsbeanspruchung wurden ermittelt und lassen auf eine sehr gute Anbindung der DLC-Schichten an das NiTi-Substrat schließen. Durch die Einstellung der optimalen Schichtzusammensetzung und -parameter konnten elastische Dehnungen in den DLC-Schichten von mehr als 4 % erreicht werden, ohne dass eine Rissbildung auftrat. In den technologischen Versuchen konnte gezeigt werden, dass sowohl die Nickelfreisetzung aus NiTi-Legierungen als auch der adhäsive Verschleiß mit Hilfe der aufgebrachten DLC-Schicht um mehrere Größenordnungen reduziert werden konnte.
Schlagwörter: NiTi; amorphe Kohlenstoffschichten; DLC; PECVD; Verschleiß; Korrosion; Nickelfreisetzung; Elastizität
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DOI 10.2370/9783844010558
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