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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl Metallische Werkstoffe – Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel

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Oberflächen mit speziellen Eigenschaften - Projekte

Tätigkeitsfelder

Im Rahmen dieser Arbeitsgruppe werden Materialsysteme mit speziellen Oberflächen für tribologische Systeme untersucht, wie sie z.B. in künstlichen Kniegelenken zu finden sind. Dort laufen Inlays aus UHMWPE gegen einen metallischen Reibpartner. Konventionelle metallische Werkstoffe sind hierbei CoCrMo-, Ti- und Zr-Legierungen. Letztere lassen sich durch gezielte Oxidation erheblich verbessern. Man erhält damit Vorteile einer keramischen Oberfläche (hohe Härte, geringe Reibung) und des metallischen Grundkörpers (hohe Festigkeit und Duktilität). Das Reib- und Verschleißverhalten dieser Systeme kann mithilfe eines eigens konzipierten Kniegelenksprüfstands am Lehrstuhl untersucht werden.


​Oxidation, Festkörperreduktion, Oxidation von ZirkoniumEinklappen

Ansprechpartner: Mike Mosbacher

Oxidiertes Zirkonium zeichnet sich durch den metallischen Grundkörper und die keramische Oberfläche aus. Es zeigt eine hohe Verschleißbeständigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hervorragende Biokompatibilität. Damit ist das System sehr vielversprechend für tribologische Anwendungen in schroffen Umgebungsbedingungen wie etwa in Kniegelenksprothesen oder Getriebekomponenten.

Zirkonlegierungen für tribologische AnwendungenEinklappen

Vollständiger Titel: 

Entwicklung von Zirkonlegierungen für tribologische Anwendungen und deren mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung

Ansprechpartner: Michael Reif

Für viele Anwendungen werden tribologische Werkstoffe mit exzellentem Verschleiß - und dabei sehr gutem Korrosionsverhalten und niedriger Dichte benötigt. So ist beispielsweise eine Steigerung der Lebensdauer von künstlichen Gelenken von großem Interesse.

Zirkoniumlegierungen bieten hier einen interessanten Ansatz, da sich die Oberfläche durch Oxidation bei erhöhter Temperatur an Luft in harte, verschleiß- und korrosionsfeste Zirkonoxidkeramik umwandeln lässt, so dass das Metall für Implantate eingesetzt werden kann. Zudem besitzt es mit ca. 6 g/cm3 eine relativ niedrige Dichte.

Die Innovation liegt darin die Legierungselemente so zu wählen, dass zwei Eigenschaften gleichzeitig beeinflusst werden: zum Einen wird die Festigkeit und Härte der Legierung erhöht und gleichzeitig wird während der Oxidation die tetragonale Oxidphase stabil bebildet. Durch ein festeres Grundmaterial werden unter Last die Spannungen zwischen Oxidschicht und Grundwerkstoff minimiert. Eine tetragonale Schicht haftet besser und ist verschleißbeständiger. Die meisten Zirkoniumlegierungen sind relativ weich, so dass bei hohen punktuellen Belastungen die Gefahr besteht, dass die Oxidschicht abplatzt, weil sich das Grundmaterial stark verformt. Außerdem bildet sich auf den bisher handelsüblichen Zirkoniumlegierungen bei der Oxidation im Ofen an Luft zunächst die tetragonale Gitterstruktur, diese wandelt sich aber sofort in die Monokline um. Die tetragonale Phase soll bei den neuen Legierungsmischungen stabil bleiben.

​Keramische Schichten in Müllverbrennungs- und Biomasseverbrennungsanlagen als KorrosionsschutzsystemEinklappen

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel


Verantwortlich für die Redaktion: Beate Heinz-Deuerling

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