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Tuesday, September 15, 2020, Virtueller Raum 1 11:45 AM Fügen in der Medizintechnik |
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Mikro-Elektronenstrahlschweißen - Mischverbindung aus Nitinol und nichtrostendem Stahl ohne Zusatzwerkstoff |
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Sebastian Hellberg* / Universität Kassel, Fachgebiet für Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Germany Dagmar Martin/ Naturwissenschaftliches-Medizinisches Institut der Universität Tübingen (NMI), Deutschland Joana Hummel/ Naturwissenschaftliches-Medizinisches Institut der Universität Tübingen (NMI), Deutschland Clara Daab/ Naturwissenschaftliches-Medizinisches Institut der Universität Tübingen (NMI), Deutschland Stefan Böhm/ Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren (tff), Universität Kassel, Deutschland |
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Legierungen aus den beiden Elementen Nickel und Titan im Verhältnis 50:50 At.-% gehören zu den sogenannten Formgedächtnislegierungen (FGL). Formgedächtniswerkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie entweder bei bestimmten von außen angeregten Umwandlungen definierte Formänderungen vollziehen oder ein pseudoelastisches Verhalten aufweisen, bei dem elastische Dehnungen bis ca. 8 % erreicht werden können. Sie werden auch als Nitinol bezeichnet. Während artgleiche NiTi-FGL Verbindungen z.B. durch Laserschweißen mit bis zu 80 % der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffs hergestellt werden können, bereitet dasVerbinden von NiTi mit artfremden Materialien, wie etwa mit nichtrostenden Stählen erhebliche Probleme. Bei der metallurgischen Verbindung dieser Werkstoffe entstehen versprödend wirkende intermetallische Phasen, so dass Schmelzschweißverfahren nur bedingt und nur mit deutlich reduzierten Verbindungseigenschaften eingesetzt werden können. Der Einsatz von Produkten mit geschweißten Verbindungen von Nitinol und nichtrostenden Stählen ohne die bisherigen Einschränkungen der mechanisch-technologischen Eigenschaften ist für eine Vielzahl von Unternehmen der Medizintechnikbranche und der Mikrosystemtechnikbranche von hohem Interesse. Schon heute wird in der Medizintechnik sowohl bei Implantaten als auch Werkzeugenoft Nitinol eingesetzt, wobei bestehende Fügeverfahren den Einsatz begrenzen. Es soll, basierend auf Ergebnissen des IGF-Projekts 19.282N "MINION", gezeigt werden, dass mit Hilfe des Mikro-Elektronenstrahlschweißens derintermetallische Phasensaum beim artfremden Schweißen von Nitinol mit nichtrostenden Stählen reduziert, dieKornvergröberung minimiert und Heißrisse sowie Reaktionsprodukte aus der Atmosphäre oder durchVerunreinigungen, Adsorbat- oder Oxidschichten an den Oberflächen wie Oxide (Ti4Ni2O) oder Nitride vermieden werden können. Die Möglichkeit der Beobachtung des Fügevorgangs mit Hilfe des elektronenoptischen Einblicks mit Auflösungen im Mikrometerbereich ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens. Hier soll anhand verschiedener Aufnahmen gezeigt werden, dass sowohl eine In-Process- als auch eine nachgelagerte Diagnostik der Fügeverbindungenmit dieser Technologie möglich ist. |