Untersuchung der Mikrostrukturen, mechanischen Eigenschaften und Korrosionsverhalten neuartiger biologisch abbaubarer Zn-xCu-xTi-Legierungen nach Warmwalzen, hergestellt durch selbstentwickeltes neuartiges gradientes Dauer-Gießverfahren

Die schlechten mechanischen Eigenschaften von reinem Zn verhindern effektiv seine Nutzung als brauchbares Material für biologisch abbaubare Implantate. Daher konzentriert sich das Hauptinteresse auf Legierungsdesign und Verarbeitungsstrategien für biologisch abbaubare Zn-Legierungen. Zu diesem Zweck wurden neuartige biologisch abbaubare Zn-xCu-xTi (Cu: x = 0,001–2,72 und Ti: x = 0,03–1,21) Legierungen unter Verwendung eines Gradient-Dauer-Gießverfahrens gefolgt von Homogenisierung und Walzen entwickelt und hergestellt. Die gefertigten Proben wurden dann hinsichtlich ihrer Mikrostrukturen, mechanischen Eigenschaften und Korrosionsverhalten untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die gegossenen Zn-0,001Cu-0,037Ti und Zn-1,50Cu-1,06Ti Legierungen bessere mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Die Streckgrenze, Dehnung und der höchste Ladungstransferwiderstand (Rct) von Zn-0,001Cu-0,037Ti betrugen jeweils 137 MPa, 60 % und 2227,9 Ω. Andererseits zeigte die Zn-1,50Cu-1,06Ti Legierung Streckgrenzen von 250 MPa, eine Dehnung von 12,7 % und 11113,0 Ω Rct. Höhere Cu- und Ti-Gehalte führten zudem zu größeren Zweitphasen. Allerdings zeigte die warmgewalzte Zn-1,50Cu-1,06Ti Legierung aufgrund ihrer sehr feinkörnigen nanokristallinen Struktur bessere mechanische Eigenschaften als die Zn-0,001Cu-0,037Ti Legierung. Darüber hinaus zeigten die warmgewalzten Zn-xCu-xTi Legierungen im Vergleich zu ihren gegossenen Gegenstücken eine überlegene Korrosionsbeständigkeit, wie aus der Analyse potentiostatischer Polarisations- und elektrochemischer Impedanzspektroskopie-Daten hervorgeht. Diese verbesserte Korrosionsbeständigkeit wird der verfeinerten Korngröße, den gebrochenen Zweitphasen, die sowohl Anoden- als auch Kathodenflächen reduzieren, und der Bildung schützender Oxidschichten zugeschrieben. Schließlich bestanden die Korrosionsprodukte hauptsächlich aus Kohlenstoff, Phosphor, Calcium und Sauerstoff, was auf das Vorhandensein von Zn(OH)2, Karbonaten und Phosphaten hinweist.