Titanlegierungen biomedizinisch eingesetzt

Titanlegierungen wurden in großem Umfang für die Herstellung von orthopädischen Gelenkersatzteilen aus Metall und für Knochenplattenoperationen verwendet. Sie werden normalerweise aus geschmiedetem oder gegossenem Stabmaterial durch CNC-, CAD-gesteuerte Bearbeitung oder Pulvermetallurgieproduktion hergestellt. Jede dieser Techniken bringt bestimmte Vor- und Nachteile mit sich. Schmiedeprodukte haben einen beträchtlichen Materialverlust während der Bearbeitung in die endgültige Form des Produkts, und bei Gussproben begrenzt die Beschaffung eines Produkts in seiner endgültigen Form die Weiterverarbeitung und -behandlung (z. B. Ausscheidungshärten) etwas, jedoch ist das Gießen materialwirksamer. Herkömmliche pulvermetallurgische Verfahren sind auch materialeffizienter, aber der Erwerb vollständig dichter Produkte kann ein häufiges Problem sein.

Mit dem Aufkommen der festen Freiformherstellung (3D-Druck) wurde die Möglichkeit zur Herstellung von maßgeschneiderten biomedizinischen Implantaten (z. B. Hüftgelenken) realisiert. Obwohl es derzeit nicht in größerem Maßstab angewandt wird, bieten Freiformherstellungsverfahren die Möglichkeit, Abfallpulver (aus dem Herstellungsprozess) zu recyceln und die für die Selektivität maßgeschneiderten Eigenschaften und somit die Leistungsfähigkeit des Implantats zu verbessern. Elektronenstrahlschmelzen (EBM) und Selective Laser Melting (SLM) sind zwei Verfahren, die für die Freiformherstellung von Ti-Legierungen anwendbar sind. Herstellungsparameter beeinflussen stark die Mikrostruktur des Produkts, wobei z. Eine schnelle Abkühlgeschwindigkeit in Kombination mit einem niedrigen Schmelzgrad in SLM führt zur vorherrschenden Bildung der martensitischen alpha-prime-Phase, wodurch ein sehr hartes Produkt entsteht.

Ti-6Al-4V

Diese Legierung weist eine gute Biokompatibilität auf und ist weder zytotoxisch noch genotoxisch. Ti-6Al-4V leidet unter einer geringen Scherfestigkeit und einem schlechten Oberflächenverschleiß bei bestimmten Beladungsbedingungen:

Biokompatibilität: Hervorragend, besonders wenn direkter Kontakt mit Gewebe oder Knochen erforderlich ist. Aufgrund der geringen Scherfestigkeit von Ti-6Al-4V ist es für Knochenschrauben oder -platten unerwünscht. Es hat auch schlechte Oberflächenabnutzungseigenschaften und neigt beim Gleitkontakt mit sich selbst und anderen Metallen zum Festfressen. Oberflächenbehandlungen wie Nitrieren und Oxidieren können die Oberflächenabnutzungseigenschaften verbessern.

Ti-6Al-7Nb

Diese Legierung wurde als biomedizinischer Ersatz für Ti-6Al-4V entwickelt, da Ti-6Al-4V Vanadium enthält, ein Element, das bei seiner Isolierung zytotoxische Ergebnisse gezeigt hat. Ti-6Al-7Nb enthält 6% Aluminium und 7% Niob.

Ti6Al7Nb ist eine hochfeste Titanlegierung mit hervorragender Biokompatibilität für chirurgische Implantate. Es wird für den Ersatz von Hüftgelenken verwendet und ist seit Anfang 1986 im klinischen Einsatz.