Modifikation von Titanlegierungen für medizinische Anwendungen

Reintitan und einige Titanlegierungen werden als Ersatz für beschädigte Teile in den menschlichen Körper eingebaut. Die positiven Eigenschaften wie exzellente Biokompatibilität und hoher Korrosionswiderstand werden in einigen Anwendungen durch unzureichende mechanische Stabilität eingeschränkt. Diese Problematik wird an Reintitan für den Zahnersatz und an Titanlegierungen für Gelenkprothesen aufgezeigt. Im Zahnersatz wird ein Unterbau aus Titan aus ästhetischen Gründen und zum Verschleißschutz durch eine Keramikauflage verblendet. Die dafür notwendigen Prozessschritte verändern das Gefüge und den Oberflächenzustand und sind damit kritisch für den Einsatz, weil sie die Eigenschaften der Ausgangswerkstoffe negativ beeinflussen können. Es wird gezeigt, dass sich das günstige Ermüdungsverhalten von handelsüblichem Stangenmaterial stark verschlechtert, sich die ungünstigen Eigenschaften von Gussmaterial dagegen verbessern. Bei Gelenkprothesen führt häufig der Verschleiß bei Reibung gegen den als Gegenkörper eingesetzten Kunststoff zum Ausfall. Durch Ionenimplantation von Stickstoff und Kohlenstoff wird der Verschleißwiderstand wesentlich erhöht. Forschungsergebnisse, die in Zusammenarbeit verschiedener Institutionen gewonnen wurden, lassen Schädigungsmechanismen und die positive Auswirkung der Ionenimplantation auf den die Lebensdauer begrenzenden Verschleiß besser verstehen. Die Ergebnisse zeigen das Zusammenwirken von Verschleiß- und Korrosionsbeanspruchung, wie sie für den Ausfall von künstlichen Gelenken typisch ist. Sie liefern die Grundlagen zum Einsatz der Titanlegierung TiAl6V4 in hoch beanspruchten Gelenkteilen und zum Ersatz allergisch wirkender Legierungselemente in neueren Titanwerkstoffen für die Humanmedizin.