MeTiWeld

Nitinol, eine in der Medizintechnik häufig verwendete Legierung aus ca. 50 % Titan und 50 % Nickel, zeigt zwei wichtige Eigenschaften: Den Formgedächtniseffekt und die Superelastizität. In vielen industriellen Anwendungen ist es nötig, Edelstahl und Nitinol unter Erhalt der superelastischen Eigenschaften zu verbinden.

Es soll im Projekt gezeigt werden, dass mit Hilfe des Mikro-Strahl- und des Laserstrahlschweißens unter Einsatz biokompatibler Zusatzstoffe eine Schweißverbindung zwischen den beiden Materialien hergestellt werden kann, welche eine Zugspannung im Bereich des superelastischen Plateaus des Nitinols erträgt.

Nichtrostende Stähle, Titan und Titanlegierungen sowie die Formgedächtnislegierung Nitinol sind in der Medizintechnik häufig verwendete metallische Werkstoffe, die eine Biokompatibilität aufweisen. Nitinol als Phase aus ca. 50 % Nickel und 50 % Titan zeichnet sich dadurch aus, dass es bei bestimmten, von außen angeregten Umwandlungen definierte Formänderungen vollzieht oder, je nach Konditionierung, elastische Dehnungen bis ca. 10 % ertragen kann, ohne sich nennenswert plastisch zu verformen. Während artgleiche Schweißungen, sowohl an Titan als auch an nicht-Stählen, durch Laser- oder Elektronenstrahlschweißen mit gleicher Zugfestigkeit des Grundwerkstoffs hergestellt werden können und auch Nitinol im artgleich geschweißten Zustand etwa 80 % der Zugfestigkeit des Grundwerkstoffs aufweist, bereitet das artfremde Verbinden der genannten Metalle erhebliche Probleme. Beim Schweißen dieser Werkstoffe entstehen versprödend wirkende intermetallische Phasen, so dass Schmelzschweißverfahren, wenn überhaupt, nur bedingt und nur mit deutlich reduzierten Verbindungseigenschaften eingesetzt werden können.

Der Einsatz von Produkten mit geschweißten Verbindungen von Titan und nichtrostendem Stahl, sowie Titan und Nitinol ohne die bisherigen Einschränkungen der mechanisch-technologischen Eigenschaften, ist für eine Vielzahl von KMU der Medizin- und der Mikrosystemtechnikbranche von hohem Interesse. Es soll daher im Rahmen des Projektes nachgewiesen werden, dass mit Hilfe des Mikro-Elektronen- und des Laserstrahlschweißens unter Einsatz biokompatibler Zusatzwerkstoffe aus der Gruppe der Refraktärmetalle eine Schweißverbindung zwischen oben genannten Materialien hergestellt werden kann, welche eine Zugspannung im Bereich des superelastischen Plateaus des Nitinols erträgt. Im Rahmen der Untersuchungen wird der Schwerpunkt insbesondere auf die Vermeidung versprödend wirkender intermetallischer Phasen und die Biokompatibilität der entstandenen Verbindung gelegt.