Einfluß der Ionenimplantation auf das Polarisationsverhalten einer Titanlegierung

Diplomarbeit von Christoph Konetschny

Einleitung:

Zur Fertigung von Gelenkimplantaten werden die Kobaltbasislegierung CoCr28Mo6, der Edelstahl X2Cr18Ni14Mo3, die Titanlegierung TiAl6V4 und Reintitan verwendet. Nachteil der Kobaltbasislegierung und des Edelstahls sind die Bestandteile Nickel und Chrom. Diese Elemente können allergische Reaktionen hervorrufen. Während Reintitan aufgrund seiner niedrigen Festigkeit nur für mechanisch wenig beanspruchte Teile eingesetzt wird, findet die Legierung TiAl6V4 Verwendung in lastübertragenden und wechselbeanspruchten Prothesenteilen. TiAl6V4 ist außerdem hoch korrosionsbeständig und besitzt eine hervorragende Gewebeverträglichkeit, derzeit ist kein allergisches Potential dieser Legierung bekannt. Ein entscheidender Nachteil der aus TiAl6V4 gefertigten Prothesen ist deren unzureichende Verschleißbeständigkeit im Tribosystem Gelenk. Eine Möglichkeit, den Verschleißwiderstand zu erhöhen, liegt in der Modifikation des oberflächennahen Bereichs durch die Implantation verschiedener metallischer und nichtmetallischer Ionen.

In der vorliegenden Diplomarbeit wird der Einfluß der Ionenimplantation verschiedener Elemente auf das elektrochemische Verhalten von TiAl6V4 untersucht. Vergleichende Untersuchungen werden mit Reintitan, dem Edelstahl und der Kobaltbasislegierung durchgeführt. Bei den Korrosionsversuchen werden Einsatzbedingungen im menschlichen Körper (Elektrolytzusammensetzung und Temperatur) berücksichtigt. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die Auswirkungen der Ionenimplantation anhand charakteristischer Größen von Polarisationskurven zu untersuchen und das Korrosionsverhalten der geprüften Implantatwerkstoffe miteinander zu vergleichen.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Einleitung	1
2.	Literaturübersicht	2
2.1	Metallische Implantatwerkstoffe	2
2.1.1	Reintitan	3
2.1.2	Legierung TiAl6V4	4
2.1.3	Kobaltbasislegierung CoCr28Mo6	4
2.1.4	Edelstahl X2Cr18Ni14Mo3	5
2.2	Einfluß der Ionenimplantation auf das Korrosionsverhalten	5
3	Versuchsdurchführung	7
3.1	Probenvorbereitung	7
3.2	Polarisationsmessungen	12
3.2.1	Potentiodynamische Versuchsdurchführung	14
3.2.2	Potentiostatische Versuchsdurchführung	15
3.3	Mikroskopie und energiedispersive Röntgenanalyse	16
4	Ergebnisse	17
4.1	Potentiodynamische Untersuchungen in Ringerlösung	17
4.1.1	Verhalten von nichtimplantiertem TiAl6V4 und Reintitan	17
4.1.2	Verhalten von ionenimplantiertem TiAl6V4	21
4.1.3	Verhalten von CoCr28Mo6 und X2Cr18Ni14Mo3	28
4.2	Potentiodynamische Untersuchungen in Salzsäure	30
4.2.1	Verhalten von nichtimplantiertem TiAl6V4 und Reintitan	30
4.2.2	Verhalten von ionenimplantiertem TiAl6V4	33
4.2.3	Verhalten von CoCr28Mo6 und X2Cr18Ni14Mo3	42
4.3	Potentiostatische Schabversuche in Ringerlösung	44
5	Diskussion	46
5.1	Einfluß der Ionenimplantation auf das Ruhepotential	46
5.2	Einfluß der Ionenimplantation auf die Passivstromdichte	46
5.3	Einfluß der Ionenimplantation auf die Lochfraßanfälligkeit	47
6.	Zusammenfassung	48
7.	Literaturverzeichnis	49