Einfluss des Mg und Si Gehaltes in Aluminiumlegierungen auf das Werkstoffverhalten unter extremer plastischer Verformung bei der Fertigung von Schichten mittels Reibauftragschweißen

Förderkennzeichen: HA 7834/1-1

Laufzeit: 05. Mai 2017 – 30. April 2020

Kurzbeschreibung:

Dynamische Rekristallisationsvorgänge beeinflussen maßgeblich das Prozessverhalten und den Materialfluss bei reibbasierten Festphase-Fügeverfahren. Neben grundlegenden Werkstoffeigenschaften wie Wärmekapazität und Festigkeit wirken sich werkstoffspezifische dynamische mikrostrukturelle Abläufe, u.a. Versetzungs- und Korngrenzenbewegung, Substrukturbildung oder Ausscheidungsvorgänge, stark auf die wirkenden Fließspannungen aus. Durch Änderungen im Legierungsgehalt erforderliche Anpassungen der Prozessparameter werden bisher empirisch und mittels statistischer Methoden ermittelt.

Im Rahmen dieses Projektes werden in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht 6 speziell angefertigte Aluminiumlegierungen mittels Reibauftraggschweißen (RAS) verarbeitet. Diese Legierungen unterscheiden sich jeweils nur im Gehalt an Mg oder Si, so dass der Einfluss dieser Legierungselemente aufgezeigt werden kann. Der Si-Gehalt einer Legierung beträgt 17,5 Gew%, so dass während der Umformung unlösliche Si Hartphasen vorhanden sind, welche sich ebenfalls auf die Umform- und Rekristallisationsmechanismen auswirken. Neben Prozesskräften und resultierender Schichtgeometrie werden mittels XRD, EBSD und TEM die mikrostrukturellen Mechanismen der plastischen Verformung untersucht, und mit dem makroskopischen Werkstoffverhalten korreliert.

Forschungsbereich: Werkstoffkunde, Extreme Plastische Verformung

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Stefanie Hanke

Metallurgische Mechanismen der zyklischen plastischen Verformung durch Ermüdung unter Hochdrucktorsion (High Pressure Torsional Fatigue)
Programm zur Förderung des exzellenten wissenschaftlichen Nachwuchses der Universität Duisburg-Essen

Laufzeit: 01. August 2017 – 31. Dezember 2018

Kurzbeschreibung:

Die plastische Verformung von Metallen und deren Legierungen wird seit Jahrhunderten gezielt eingesetzt, um deren Eigenschaften zu beeinflussen und Festigkeit zu steigern. Ein aktuelles Forschungsgebiet ist die Erzeugung nanokristalliner Mikrostrukturen durch extreme Scherverformung („Severe Plastic Deformation“, SPD). Hierbei werden unter hydrostatischem Druck extreme Umformgrade durch Scherung und Rekristallisation des Werkstoffs bereits bei niedrigen Temperaturen erreicht. Dabei wird die Korngröße in vielen Legierungen bis in den nm-Bereich verkleinert. Die klassischen SPD Verfahren basieren auf einer monotonen Verformung des Materials. Im Rahmen dieses Projektes wird untersucht, in wieweit eine zyklische Akkumulation plastischer Dehnung zu vergleichbaren Effekten führen kann. Durch Torsionsbelastung werden über dem Radius zylindrischer Proben unterschiedliche Dehnungen und Dehnraten eingebracht. Welche mikrostrukturellen Mechanismen bei dieser Art der Beanspruchung auftreten wird mittels Elektronenmikroskopie geklärt.

Forschungsbereich: Werkstoffkunde, Extreme Plastische Verformung

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Stefanie Hanke

Monitoring and Quantification of Cavitation Corrosion Erosion through Electrochemical Noise Method
DFG – Förderung zur Unterstützung einer Initiierung der Internationale Zusammenarbeit

Förderkennzeichen: 407436768

Laufzeit: 01. June 2018 – 31. August 2018

Kurzbeschreibung:

Cavitation corrosion erosion results from the interaction of mechanical and chemical phenomena, which contributes to material removal from mechanically eroding surfaces exposed in corrosive environments. The synergism between cavitation erosion (mechanical factor) and corrosion (electrochemical factor) during cavitation corrosion erosion can cause an overall material loss greater than the sum of the material loss as it would be produced by each mechanism acting separately. This is the result of effect of corrosion on cavitation erosion as well as the effect of cavitation erosion on corrosion.

In a first step, the possibility of monitoring and quantification of cavitation corrosion erosion using a non-destructive method, i.e., the electrochemical noise technique (ECN) is investigated. A possible application to marine components is of strong interest for future research, aiming at monitoring the material deterioration and developing methods to predict the remaining service life.

In this project, a collaboration between Dr.-Ing. Stefanie Hanke (Materials Science and Engineering, Uni DUE), Dr. Morteza Abedini (Department of Metallurgy and Materials Engineering, University of Kashan, Iran) and Dr. rer.nat. Fabian Reuter (Institute of Ship Technology, Ocean Engineering and Transport Systems, Uni DUE) is initiated.

Forschungsbereich: Tribologie, Korrosion, Kavitation

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Stefanie Hanke

Bionische Werkzeugkonzepte für die schädigungsfreie Bearbeitung von modernen faserverstärkten Hochleistungspolymeren

Förderkennzeichen: Pr-2012-0002

Laufzeit: 01. Januar 2013 - 31. Dezember 2014

Kurzbeschreibung:

Für die in einem breiten gesellschaftlichen Konsens als notwendig erachtete Reduzierung der CO2‐Emissionen spielt der Leichtbau, vor allem in der Fahrzeug‐ und Luftfahrttechnik, eine zentrale Rolle. Besonders die Verwendung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK), die ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit zeigen, gilt hierfür als geeignetes Mittel. Diesem Vorteil stehen allerdings Nachteile in Bezug auf die Fertigung entgegen. Vor allem die spanende Bearbeitung ist schwierig, weil die Kohlenstofffasern einen starken Verschleiß an den Werkzeugschneiden bewirken, die somit schnell stumpf werden, was zu Schädigungen der CFK bei der Bearbeitung führt. Die Natur zeigt für Probleme dieser Art einen Lösungsansatz: Nagetierzähne schärfen sich selbst nach. Durch geschickte Kombination harter und weicher Bestandteile wird der Schneidenverschleiß nicht vermieden, sondern so gesteuert, dass der Materialverlust nicht zum Abstumpfen, sondern
zum Schärfen der Schneide führt. Dieses Konzept lässt sich auf technische Anwendungen übertragen und wurde für Schneidanwendungen erfolgreich umgesetzt. Im hier beantragten Projekt soll das Konzept auf einen Zerspanprozess übertragen werden. Dazu werden unterschiedliche Schichtkonzepte und Schnittparameter untersucht. Sowohl das Werkzeug als auch das zerspante Material werden werkstoffkundlich eingehend analysiert, um die Werkzeugverschleiß‐ und Werkstoffschädigungsmechanismen zu verstehen und auf dieser Basis den Selbstschärfungseffekt zu optimieren und die Grundlagen für die industrielle Anwendung zu erarbeiten.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Priska Stemmer

Erhöhung von Leistungsdichte und Lebensdauer hochbelasteter Funktionsflächen durch spanende Oberflächenkonditionierung

Förderkennzeichen: Pr-2011-0002

Laufzeit: 01. Januar 2012 - 31. Dezember 2013

Kurzbeschreibung:

Die heutigen Wettbewerbsbedingungen und politischen Vorgaben fordern ein ständig höheres technisches Niveau von Produkten bei stetig steigenden Beanspruchungen und erhöhter Verfügbarkeit. Dieses führtdazu, dass tribotechnische Systeme, die früher unter hydrodynamischen oder elastohydrodynamischen Bedingungen betrieben wurden, zunehmend unter reibungs- und verschleißintensiveren Misch- und Grenzreibungsbedingungen eingesetzt werden. Dies gilt u.A. für Motorkomponenten im Ventiltrieb, Windkraftgetriebe und Hartgewebeimplantate bei Verschleißraten unterhalb von 3 nm/h im Bereich des sog.
(ultra-mild wear). Die niedrige Verschleißrate hängt dabei im Wesentlichen von der Ausbildung einer stabilen oberflächigen Grenzschicht - dem sog. Tribomaterial - ab, das strukturell und chemisch gegenüber dem Grundwerkstoff verändert ist. Tribomaterial wird in der Einlaufphase erzeugt. Dabei treten Verschleißraten auf, die drei bis sechs Größenordnungen größer sind als in der daran anschließenden stationären Phase, in der sich das Tribomaterial aufgrund seiner nanoskaligen Struktur ständig regeneriert. In diesem Projekt geht es darum, den Einlauf zu verkürzen oder ganz zu unterdrücken und eine durch eine gezielte spanende Endbearbeitung entsprechend bzgl. Topographie und Tribomaterial optimierte Oberfläche vorliegen zu
haben. Das stabile Tribomaterial ergäbe sich damit nicht mehr zufällig im Einsatz sondern würde gezielt werkstoff- und belastungsabhängig in der Endfertigung erzeugt. Die genauen Wechselwirkungen aller beteiligten Elemente sind bis heute nicht geklärt. Deshalb soll wissenschaftlich untersucht werden, welche Parameter für die Induktion (hier: spanende Endfertigung) und welche Mechanismen für die Regeneration (hier: Gleitverschleiß unter „ultra-mild wear“ Bedingungen) der Grenzschichten an drei ausgewählten metallischen Werkstoffen (Perlit, Martensit, Austenit) aus den Bereichen Automobil-, Energie- und
Medizintechnik maßgeblich sind.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Priska Stemmer (Mikroskopie); Dipl.-Ing. Daniel Stickel (Verschleißversuche)

Strukturbildung und Selbstregenerationsmechanismen der triboinduzierten Randschicht von Metallen
– Experiment und Simulation

Förderkennzeichen: FI 451/14-1

Laufzeit: 01. Juli 2011 - 30. Juni 2013

Kurzbeschreibung:

Metallische Werkstoffe bilden unter günstiger Reibbelastung eine charakteristische oberflächennahe Zone aus. Jüngste Ergebnisse zeigen, dass durch die Bildung dieser Zone Reibung und Verschleiß deutlich sinken. Das wesentliche Ziel des Vorhabens besteht darin, das tribologische Verhalten (Reibung und Verschleiß) metallischer Werkstoffe bei Gleitverschleiß und Grenz‐ und Mischreibung über den Reibvorgang zu optimieren. Dies kann erreicht werden, wenn es gelingt, während der Reibbelastung die Eigenschaften des tribologischen dritten Körpers einzustellen. Um dieses Ziel zu erreichen ist
ein grundlegendes, mechanismen‐basiertes Verständnis der Bildung oberflächennaher Veränderungen für verschiedene Werkstoffe nötig, was in diesem Projekt erstmalig durch Laborversuche und Computersimulation mit identischen Tribosystemen ermöglicht werden soll.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Priska Stemmer

Einladungen von ost- und mitteleuropäischen Wissenschaftlern nach Deutschland

Projekt: öffentlich gefördertes Forschungsprojekt

Förderkennzeichen: DFG 436 POL 17/10/04, DFG 436 POL 17/02/03, DFG 436 POL 17/06/02, DFG 436 POL 17/01/01, DFG 436 POL 17/12/00, DFG 436 POL 17/02/06

Kurzbeschreibung:

In Zusammenarbeit mit dem Institute of Materials Science and Applied Mechanics der Technischen Universität Wroclaw in Polen (Prof. Dr. Wlodzimierz Dudzinski werden mehrere Projekte aus dem Bereich der Transmissions-Elektronenmikroskopie bearbeitet. Prof. Dudzinski ist in jedem Jahr für mehrere Wochen in Duisburg zu Gast und steht den Wissenschaftlern und Studierenden mit seinem Fachwissen zur Verfügung. In diesem Zusammenhang werden zurzeit Untersuchungen zu Verformungsstrukturen in hochstickstoffhaltigen Stählen, an verschlissenen Oberflächen von explantierten Hüftgelenk - Prothesen und an magnetischen Werkstoffen nach Verschleißbeanspruchung durchgeführt. Darüber hinaus findet ein Austausch von Studierenden beider Universitäten statt.

Forschungbereich: Werkstoffkunde

Ansprechpartner: Priv.-Doz. Dr.Ing.habil. Sabine Weiß

Wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Ägypten

Projekt: öffentlich gefördertes Forschungsprojekt

Förderkennzeichen: 445 AGY 112/9/06

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen einer Kooperation zwischen der Universität Duisburg-Essen, Werkstofftechnik und dem Central Metallurgical Research and Development Institute (CMRDI) Cairo, Egypt werden mehrere Projekte aus dem Bereich der Mikrostrukturentwicklung bearbeitet:

Untersuchungen auf dem Gebiet des Hochtemperatur­kriechens von ausscheidungsgehärteten Stählen und Nickelbasis-Superlegierungen.

Projekt zur Schwellbeanspruchung von Eisen- und Kobaltbasislegierungen mit unterschiedlichen Stapelfehler­energien: Grundlagenforschung zur Ermittlung des Einflusses der Mikrostruktur auf das Verformungsverhalten bei schwellender zyklischer Belastung.

Forschungbereich: Werkstoffkunde

Ansprechpartner: Priv.-Doz. Dr.Ing.habil. Sabine Weiß

Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Cu-Basiswerkstoffen in Draht und Litzenform

Partner: Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e.V. & International Copper Association

Kurzbeschreibung:

Für viele technische Werkstoffe sind die zur Auslegung auf Betriebsfestigkeit notwendigen mechanischen Kennwerte in Normen oder Richtlinien als Mindest- oder Normwerte angegeben. Ziel dieses Projekts ist die Erarbeitung von zyklischen Kennwerten für Cu-Basiswerkstoffe in Draht bzw. Litzeform. Da bei dünnen Querschnitten nur wenige Kristalle im Querschnitt vorliegen, sind die Eigenschaften nicht wie üblicherweise für vielkristalline Bauteile zu prüfen und zu untersuchen. Hier müssen geeignete oder angepasste Verfahren eingesetzt werden. Neben der Oberflächenbeschaffenheit der Drähte und der Struktur der Litze sind die jeweils vorliegenden Mikrostrukturen und deren richtungsabhängige Eigenschaften zu berücksichtigen. In einem ersten Schritt werden Proben in Drahtform auf ihre zyklischen Eigenschaften unter Biegung geprüft und die Kennwerte statistisch abgesichert.

Forschungsbereich: Werkstofftechnik / Ermüdung

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Michael Schymura

Rührreibschweißanlagen für das Fügen großflächiger Stahlstrukturen - FSW-Steel

Verbundprojekt im Rahmen des „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)"

Teilprojekt: Entwicklung leistungsfähiger Werkzeuge für das Rührreibschweißen von Stahl

Förderkennzeichen: VP2095003PK9

Laufzeit: 01.12.2009 - 31.10.2011

Partner: SLV Berlin-Brandenburg, Ingenieurtechnik und Maschinenbau GmbH, Lippold Hydraulik und Wälzlager GmbH, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Materion GmbH, H.Loitz - Robotik GbR

Kurzbeschreibung:

Gegenstand des Projektes ist die Entwicklung leistungsfähiger Werkzeuge und Fertigungsanlagen für das Rührreibschweißen großflächiger Stahlstrukturen im Dünnblechbereich, mit dem Ziel des wirtschaftlichen Einsatzes dieser innovativen Fügetechnologie im Stahlbereich.

Ausgehend von der Ermittlung der Prozessparameter beim Rührreibschweißen dünnflächiger Stahlstrukturen unter Nutzung von Versuchsanlagen, werden die erforderlichen Anlagen- und Werkzeugparameter bestimmt. Parallel zur Entwicklung neuer Werkzeuge (Werkzeugwerkstoffe, Werkzeugform, Werkzeugoberflächen) werden das Konzept für eine Fertigungsanlage für das Fügen großflächiger Stahlstrukturen im Dickenbereich 3-4 mm erarbeitet, Lösungsvarianten wesentlicher Anlagenkomponenten für das Spannen der Bauteile, die Prozesssteuerung und die Aufnahme des Werkzeuges entwickelt, prototypisch gebaut in die Versuchsanlage integriert und im Labor erprobt.

Im Ergebnis des Vorhabens liegen sowohl leistungsfähige Werkzeuge, als auch ein funktionsfähiges Muster einer Fertigungsanlage vor. Diese bilden die Basis für die nachfolgende Konstruktion, den Bau und die Vermarktung von Fertigungsanlagen für das Rührreibschweißen dünner Stahlbleche.

Forschungsbereich: Werkzeugbau

Ansprechpartner: M. Sc. Stefanie Hanke

Internet: www.innowelding.de

Metal Friction Surface Welding

Projekt: Ford-University Research Program

Abstract:

The demands on production tools of one car line with approximately 600.000 cars per year over the running period of app. 6 years or more are extremely high. Stamping tools areas with high tool wear are e.g. die radii or draw beads. The use of low cost tool materials with enhanced wear resistance will support both cost reduction and quality improvement. For mild steels, low cost tools like globular grey iron castings (GGG70L or GG25) are used as tool material for stamping tools. Today, coatings are used to reduce wear, which make fast and flexible tool and die changes in production impossible.

Friction Surfacing opens up new possibilities for the repair of worn and damaged components. This process is also potentially useful as an alternative surfacing process as it allows for a compromise between the bulk substrate, which can be dictated by strength or economic constraint, and that of the surface, which can be altered by the application of selective materials to form a protective barrier against wear and corrosion.

The possibility of forming a high quality and regular layer onto a substrate by Friction Surfacing process depends of the selection of appropriate welding parameters. The reproducibility of the weld however, depends of the controllability of the machines used for this purpose.

The Friction Surfacing Process can be divided in two Phases: Pre-heating Phase and Welding Phase. During the Pre-heating stage the rotating stud is pressed onto the substrate, the heat is developed due to the energy generated by friction between the substrate and the rotating stud. The temperature rises just below the melting point of the material, where the yielding strength of the material decreases and the shear stress produced in the stud is high enough to enable plastic deformation in the material.

The welding phase of the process is responsible for the production of the coating layer onto the plate by start of the transversal motion of the rotating rod. In this phase a quasi-steady thermal condition is reached influencing the properties of the HAZ formed. At this point the dimensional properties and the quality of the layer formed are significantly influenced by the transversal speed, rotational speed and the load applied.

When the weld length required is reached, the transversal and rotation motion is stopped and the axial load is maintained, assuring the high bonding quality of the end of the layer.

The projected benefits from this project are cost reduction due to reduced maintenance time and enabling low cost tool material. Further, an improved quality due to reduced tool wear and scratches is expected. The implementation of this advanced technology, which can be used on machines which are already available (milling) with low investment costs is regarded as new solution for well known challenges.

Forschungsbereich: Werkzeugbau

Ansprechpartner: M.Sc. Stefanie Hanke

Nanokristalline Composite-Beschichtungen für Zylinderlaufbahnen mit nanostrukturierter Oberfläche und Verschleißvorhersage für hochbelastete Benzin- und Dieselmotoren - NaCoLAb

Förderkennzeichen: 03X0003K

Laufzeit: 01. Jun 2005 - 31. Mai 2008

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist der Ersatz der Grauguss-Laufbuchsen durch eine Beschichtung mit einem neuartigen, amorphen Werkstoff mit eingelagerten Nanokristalliten. Die revolutionäre Idee des Projektes liegt darin, durch thermisches Spritzen eines Fülldrahtes als Endprodukt eine extrem harte, sehr reibungsarme Laufbahn zu erzeugen, die durch ihre Nanokristallite eine bisher nicht bekannte Kombination aus Härte/Verschleißbeständigkeit und niedrigem Reibungskoeffizienten aufweist. Um eine Beschichtung unter Großserienbedingungen zum Einsatz zu bringen, ist ein stabiler, robuster Beschichtungsprozess notwendig, der zu niedrigen Herstellungs- und Qualitätskosten führt. Darüber hinaus muss diese Beschichtung im späteren Einsatz, trotz gestiegener Motorenbelastungen, zu einer hohen Zuverlässigkeit und zu einer langen Lebenszeit führen. Es soll daher eine vollständige, innovative Fertigungskette zur Herstellung von Kurbelgehäusen mit nanokristalliner Zylinderwandbeschichtung entwickelt werden. Diese beinhaltet das Vorbehandeln der Spritzzone, das Auftragen der nanokristallinen Funktionsschicht und die spanende Feinbearbeitung durch Honen. Ein weiteres Ziel ist die Weiterentwicklung von Berechnungstools zur Prognose von Einlaufverhalten und Verschleiß an den hoch belasteten Reibkontakten zwischen Kolbenringen und Laufbahn. Einlauf und Verschleiß wirken sich entscheidend auf die Schmierfilmausbildung und damit auf Reibung und Verbrauch sowie Ölemission und Lebensdauer von Motoren aus. Um zukünftig bereits in einem frühen Entwicklungsstadium von Motoren Aussagen über Potenziale von Lösungsansätzen sowie deren Auswirkung hinsichtlich Verbrauch, Lebensdauer und Ölemissionen treffen und kostenintensive Versuche vieler Varianten – wie beispielsweise Laufbahnbeschichtungen - vermeiden zu können, sind derartige Tools dringend erforderlich.

Forschungsbereich: Automobilbau

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Mareike Hahn

Solving Steel Welding Problems by the use of Friction Stir (SOLVSTIR)

Projekt: gefördertes EU-Projekt

Förderkennzeichen: RFS-PR-03077

Kurzbeschreibung:

Conventional fusion welding processes are reaching their applicability limits as far as the weldability of thin gauge, modern high alloy steels (i.e. UHSS, TRIP, CP, MS, DP and IF steels) is concerned. Weldability issues are also a matter of concern in Cr-containing steels employed in the energy sector (i.e. 9Cr1MoNbVN, 12Cr1MoV, etc) due to microstructural control, embitterment and particularly environmental concerns. The Friction Stir Welding (FSW) process, a low heat input, solid state joining method, offers a number of advantages likely overcome weldability problems in difficult-to-weld steel grades. Moreover, FSW has also shown to be able to produce multi-material joints between steel and non-ferrous alloys. Starting from the present state of art in FSW of steels this project intends to focus on two lines of development: process technology and application to relevant steel grades and multi-material joints. The process technology focus will aim at alternative tool materials and geometry, their respective process parameter fields as well as pre- and post-weld heat treatment methods viewing increased tool life and the cost effectiveness of the process. The suitability of the process to different steel grades will be investigated on modern high alloy and Cr-alloyed materials with emphasis on the microstructure development and joint perfromance. This development work will be supported by modelling (temperature and deformation) and by an economic evaluation and concluded with the manufacturing of demonstration structures from the automotive, shipbuilding and energy sectors. In summary, the main objective of this project is to define the merits of FSW when applied to steels based on the achievable joint performance, applicability to structures and economics.

Forschungsbereich: Werkzeugbau

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Christian Zietsch

Reducing the Emission of Wear Debris in Metal on Metal Hip Joints by Means of Microstructured Surfaces

Projekt: Industrieprojekt

Laufzeit: 01.01.2007 - 31.12.2008

Partner: Zimmer GmbH

Abstract:

For years surface texturing is known to be an effective method to improve the properties of certain tribological systems. One approach is to create lubricant reservoirs by non-corresponding dimples in the surface of one of the articulating surfaces. In MEMS devices, surface texturing is used to reduce the contact area in order to overcome adhesion and friction. Another interesting beneficial effect of a textured micro-topography is its function as a wear particle trap. By eliminating particles from the tribological system, third-body-wear is prevented. The metal-on-metal (MOM) artificial hip joint is a system which does not suffer third body wear by means of abrasion. Nevertheless, wear particles are suspected to be responsible for implant failure due to osteolysis, a bone degrading disease that causes implant loosening. A major improvement would be the elimination of wear particles, in particular, during the run-in of the artificial joint. In order to apply a micro-topography different techniques can be performed like machining, ion beam texturing, laser texturing, and etching. For this study an electrochemical etching process is used. The advantage of this process is the homogeneity of the material. Furthermore, this process is a less expensive application than, for example, laser texturing. In order to observe whether an electrochemically textured surface is beneficial for wear performance in a first step, a reciprocating sliding wear test rig has been established. The characterization of the textured surfaces will be performed by means of confocal white light microscopy.

Forschungbereich: Biomedizinische Technik

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Robin Pourzal

Mikrostruktur und Verformungsverhalten koronarer Stents unter Ermüdung

Projekt: öffentlich gefördertes Forschungsprojekt

Förderkennzeichen: DFG FI495/9-1, DFG FI495/9-2, DFG WE2671/1-3

Kurzbeschreibung:

Stents sind metallische Gefäßstützen, die als Dauerimplantate zur Stabilisierung koronarer Arterien dienen. Sie werden in der Arterie infolge der normalen Herztätigkeit einer mehr oder weniger gleichmäßigen zyklischen Belastung unterworfen, die bei normaler Tätigkeit pro Jahr zu etwa 10 Millionen Lastwechseln führt. Je nach Zeitpunkt der Implantation und Lebenserwartung der Patienten müssen Stents zwischen 100 und 700 Millionen Lastwechsel ohne Schädigung ertragen. Während dieser Zeit muss sowohl eine ausreichende Biofunktionalität als auch eine gute Biokompatibilität erhalten bleiben. Aufgrund der Struktur der Stents und der Art der Aufweitung bei der Implantation werden die Werkstoffe statisch unterschiedlich stark belastet. Darüber hinaus ist die mechanische und damit auch die chemische Beanspruchung bei der Ermüdung ebenfalls örtlich unterschiedlich stark ausgeprägt. Die Zielsetzung dieses Projektes ist die experimentelle Ermittlung und modellhafte Beschreibung der Verformungsmechanismen von wenigkristallinen Stents und die darauf basierende Entwicklung eines qualitativen Modells zur Beschreibung der Verformung unter monotoner und zyklischer Belastung von Stents. Da mit abnehmendem Durchmesser der Stentstreben die Anzahl der Körner im Querschnitt auf weniger als 10 Körner reduziert wird und das mechanische Verhalten der Stents somit nicht mehr kontinuumsmechanisch betrachtet werden kann, werden mechanische Untersuchungen (Zugschwell- und Biegeversuche) an wenigkristallinen Drähten aus gängigen Stentwerkstoffen durchgeführt. Diese Vereinfachung der Verformungsbedingungen dient dem Verständnis der bei der zyklischen Verformung ablaufenden metallphysikalischen Mechanismen in den verschiedenen Stenbereichen. Über ein metallkundliches Modell auf der Basis dieser Daten soll langfristig eine Möglichkeit zur Abschätzung der Lebensdauer von koronaren Stents unter zyklischer Beanspruchung entwickelt werden.

Forschungsbereich: Biomedizinische Technik

Ansprechpartner: Priv.-Doz. Dr.Ing.habil. Sabine Weiß