Beschichtungen von NiTi-Formgedächtnislegierungen für in vivo Anwendungen und zur Minderung von adhäsivem Verschleiß
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im laufenden Projekt konnten erstmals DLC-Schichten durch das Aufbringen einer sehr dünnen (< 40 nm) Haftvermittlerschicht aus amorphem Silizium in hoher Qualität auf eine NiTi-Formgedächtnislegierung aufgetragen werden. Bisher war es aufgrund einer schlechten chemischen Bindung zwischen dem NiTi-Substrat und der Kohlenstoffschicht nicht möglich, eine gut haftende Beschichtung zu erreichen. Die Charakterisierung der Schicht zeigt, dass es gelungen ist, ein Schichtsystem aus amorphem Silizium und amorphem Kohlenstoff mit einer gleichmäßigen Schichtdicke reproduzierbar abzuscheiden. Das Schichtwachstum wurde in situ und die optischen Eigenschaften ex situ mittels Ellipsometrie gemessen. Über die Messung der Durchbiegung eines beschichteten Si-Wafers wurden die Eigenspannungen der Schicht bestimmt. Es zeigt sich, dass die Eigenspannungen stark von den einzelnen Schichtdicken abhängen. Die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Substrat wurde mit einem Eindringtest mittels Rockwell C Indenter nach der VDI-Richtlinie 3198, sowie mit einem Mikroritztester untersucht. Die Untersuchungen ergaben eine Haftfestigkeit der ersten und somit der besten Klasse. Untersucht wird hierbei, ob und wie stark die Schicht im Bereich um den Eindruck des Diamantkegels Risse bzw. Abplatzungen zeigt. Die von uns aufgebrachte Schicht zeigte im Lichtmikroskop um den Eindruck herum keine Risse oder Abplatzungen, was auf eine sehr gute Haftung schließen lässt. Mittels des Mikroritztesters wurde eine Ritzspur mit linear ansteigender Last auf der Schicht aufgebracht. Im Rasterelektronenmikroskop wurde anschließend ermittelt, bei welcher Last die Schicht die ersten Schäden aufweist (Lc1). Unsere Schichten weisen alle sehr gute Werte bei der Mikroritzprüfung auf. Es konnte eine Abhängigkeit der Ritzfestigkeit von der Dicke der aufgebrachten DLC-Schicht nachgewiesen werden. Je dicker die Schicht, desto höher der Ritzwiderstand im Form von erhöhten Lc1-Werten. Die Elastizität des Schichtsystems wurde mit einem Minizugmodul in situ im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Hierbei sind beschichtete Minizugproben bis zu einer makroskopischen Dehnung von 8 % belastet worden. Dabei wurde mit dem REM mikroskopisch die elastische Verformungsfähigkeit der Schicht in Abhängigkeit von der lokalen Dehnung gemessen. Die lokale Dehnung im Bildausschnitt wurde anhand von kontrastreichen Ausscheidungen ermittelt. Als kritische Dehnung wurde die lokale Dehnung definiert, bei der die Schicht die ersten Risse aufweist. In diesen Untersuchungen wurde bisher eine elastische Dehnung der Schicht von 4,5 % erreicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "PECVD-Deposition and Characterisation of C-Si Thin Film Systems on Metals", Dissertation, Ruhr-Universität Bochum, 2007
J.-C. Schauer
- "Improvement of the Adhesion of PECVD-deposited DLC films on NiTi shape memory alloys" (11th Conference on Plasma Surface Engineering, 2008)
J.-C. Schauer, J. Winter
- "Plasma deposition of elastic wear resistant a-C:H coatings on nickel-titanium for biomedical applications", J. Appl. Phys. 103, (2008)
J.-C. Schauer, J. Winter
