Michael Wiegand

Artfremdes Mikro-Strahlschweißen von Titan mit austenitischen nichtrostenden Stählen und Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen für medizintechnische Anwendungen


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ISBN:

978-3-8191-0782-5

Reeks:

Fortschrittsberichte aus der Produktionstechnik
Uitgever: Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Stefan Böhm
Kassel

Volume:

Trefwoorden:

Artfremdes Schweißen; Elektronenstrahlschweißen; Laserstrahlschweißen; Medizintechnik; Titan; Nichtrostender Stahl; Nitinol

Soort publicatie:

Dissertatie

Taal:

Duits

Pagina's:

228 pagina's

Gewicht:

338 g

Formaat:

21 x 14,8 cm

Bindung:

Softcover

Prijs:

59,80 € / 74,80 SFr

Verschijningsdatum:

Augustus 2026

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Samenvatting

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung von artfremden Mikro-Strahlschweißverbindungen zwischen Titan und nichtrostenden Stählen sowie zwischen Titan und Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen (kurz: Nitinol) mit Fokus auf medizintechnische Anwendungen untersucht. Hierzu erfolgt zunächst eine systematische Untersuchung des Mikro-Elektronenstrahlschweißens, mit der die Möglichkeiten und Grenzen zur Kontrolle chemischer und thermophysikalischer Inkompatibilitäten aufgezeigt werden. Nachfolgend werden die biokompatiblen Refraktärmetalle Niob, Tantal und Hafnium als Zusatzwerkstoffe eingesetzt, um eine potentielle Verbesserung der Verbindungseigenschaften zu ermitteln. Abschließend erfolgen Vergleichsschweißungen mittels gepulstem Laserstrahlschweißen, anhand derer verfahrensspezifische Einflussfaktoren abgeleitet und die Übertragbarkeit der Erkenntnisse evaluiert werden können.
Die Ergebnisse zeigen, dass es durch eine angepasste Prozessführung beim Mikro-Elektronenstrahlschweißen ermöglicht wird, die Werkstoffvermischung wirksam zu kontrollieren. Demnach lassen sich die Entstehungsbereiche intermetallischer Phasen, die infolge der metallurgischen Unverträglichkeit der Fügepartner entstehen, prozessseitig gezielt begrenzen. Auf diese Weise kann eine globale Versprödung der Schweißnähte verhindert und somit die Herstellung rissfreier Verbindungen sichergestellt werden. Durch Applikation der Zusatzwerkstoffe als metallurgische Trennschicht zwischen den Grundwerkstoffen können kritische Akkumulationen intermetallischer Phasen weiter reduziert und teils gänzlich vermieden werden. Infolgedessen lassen sich im Vergleich zum direkten Schweißen der Grundwerkstoffe robustere Verbindungen mit deutlich höheren Zugfestigkeiten realisieren. Durch gezielte Kontrolle des Energieein-trags wird es darüber hinaus ermöglicht, die hochschmelzenden Refraktärmetalle in ein gemeinsames Schweißgut mit den Grundwerkstoffen einzuschweißen und demnach die chemische Zusammensetzung anzupassen. In diesem Zusammenhang wird demonstriert, dass die spezifischen Charakteristika gepulster Systeme vorteilhaft sind, um einen hohen Massengehalt der Zusatzwerkstoffe im Schweißgut zu erzielen. Bei der Mischverbindung Titan / Niob / Nitinol können hierdurch Schweißnähte erzeugt werden, die unter verschiedenen Belastungsszenarien mechanisch robust sind und keine Schwachstelle im Gesamtverbund darstellen.