Ermüdungs- und Korrosionseigenschaften von Mg-Zn-Zr-Legierungen nach Hochdruck-Torsions-Extrusion

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Julia Ivanisenko; Professor Dr. Eberhard Kerscher
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446067715

Die Anwendung von Magnesium-Legierungen als Implantatwerkstoff wird durch die relative niedrige Festigkeit begrenzt, da deren Festigkeit oft geringer als die menschlicher Knochen ist. Auch die Korrosionsbeständigkeit von Mg-Legierungen ist wegen der festigkeitssteigernden aber korrosionsfördernden Ausscheidungen oft gering. Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn durch Hochdruck-Torsions-Extrusion (HDTE) die Festigkeit von lösungsgeglühten Legierungen durch Korngrenzenverfestigung ohne möglicherweise für korrosive Anwendungen schädliche Ausscheidungsbildung gesteigert werden könnte. Daher soll im Vorhaben die Gefügeentwicklung in einer kommerziellen, biokompatiblen Mg-Legierung bei verschiedenen HDTE-Varianten und anschließenden Wärmebehandlungen untersucht und die Auswirkung der entstandenen Mikrostruktur und Textur auf die quasistatischen und zyklischen mechanischen Eigenschaften auch unter korrosiven Umgebungsbedingungen analysiert werden. Dafür ist folgendes Vorgehen vorgesehen:- Ermittlung der optimalen Prozessbedingungen bei HDTE, wie Extrusions- und Rotationsraten sowie Temperatur bei der Herstellung von massiven, fehlerfreien Proben einer kommerziell verfügbaren, biokompatiblen Mg-Legierung.- Untersuchung der Ausscheidungskinetik in der gradierten Mikrostruktur nach verschiedenen Varianten von HDTE - Bestimmung des Korrosionswiderstands und der Ermüdungseigenschaften der vielversprechendsten Zustände für Anwendungen in Luft und in Blut-ähnlichen Flüssigkeiten zur Abschätzung des Potenzials von HDTE zur Mikrostrukturanpassung für Implantatwerkstoffe.- Korrelation der Ermüdungseigenschaften nach HDTE mit den mikrostrukturellen Zuständen.Dabei wird erwartet, dass sich nach HDTE sehr gute Ermüdungseigenschaften auch deshalb ergeben, weil durch die Bearbeitung, neben der generellen Mikrostrukturverfeinerung, sich insbesondere die Ausbildung einer gradierten Mikrostruktur mit sehr feiner Korngröße an der Rissgefährdeten Probenoberfläche positiv auswirkt. Auch muss die Auswirkung der speziellen HDTE-Textur auf die bei der Verformung aktivierten Gleitsysteme geklärt werden. Schließlich beeinflussen die für Korrosion ggf. kritischen Ausscheidungen vermutlich mögliche Rekristallisationsprozesse nach HDTE, was ebenfalls betrachtet werden muss. Die genannten Projektziele sollen durch den Einsatz des neuen HDTE-Prozesses zur Erzeugung relativ großer, ultrafeinkörniger Proben erreicht werden. Die Mikrostruktur wird dabei insbesondere mit EBSD und ACOM-STEM hinsichtlich der Korngröße, der Zwillingsdichte und dem Korngrenzencharakter quantifiziert. Schließlich sollen die Ermüdungseigenschaften von ultrafeinkörnigen Proben in unterschiedlichen Umgebungsmedien studiert und die Auswirkungen der mikrostrukturellen Parameter (Korngröße, Kornform, Gradienten, Volumenanteil, Größe und Verteilung von intermetallischen Teilchen, Versetzungs- und Zwillingsdichte) ermittelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen