Artfremdes Mikro-Strahlschweißen von Titan mit Nitinol und nichtrostenden Stählen zur Herstellung eines biokompatiblen Materialverbunds unter Verwendung von Zusatzwerkstoffen – Teil 1

Die Verwendung komplementärer Legierungen innerhalb eines Bauteils ermöglicht ein gezieltes Einsetzen der spezifischen Werkstoffeigenschaften bei gleichzeitigem Potenzial, die Materialkosten deutlich zu senken. Aus diesem Grund rückt das Schweißen von artfremden Werkstoffen (artfremdes Schweißen) als stoffschlüssiges Fügeverfahren zunehmend in den Fokus von Wissenschaft und Industrie. Das Forschungsvorhaben „MeTiWeld“ hat sich diesbezüglich mit der Herstellung von Mischverbindungen zwischen Titan und nichtrostenden Stählen sowie Titan und Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen für medizintechnische Anwendungen befasst. Ziel dabei war es, defektfreie und haltbare Verbindungen mittels sowohl Mikro-Elektronenstrahlschweißen als auch gepulstem Laserstrahlschweißen prozesssicher herzustellen und gleichzeitig die Biokompatibilität der geschweißten Bauteile zu bewahren. Dafür wurde zunächst der Einfluss prozess-spezifischer Parameter auf die Schweißeignung der Materialkombinationen an verschiedenen anwendungsnahen Proben- und Fügegeometrien ermittelt. Im Anschluss daran wurde das erlangte Prozessverständnis auf Schweißversuche mit Zusatzwerkstoffen übertragen. Dafür wurden die Refraktärmetalle Hafnium, Niob und Tantal implementiert, die sich durch ihre natürliche Biokompatibilität auszeichnen und folglich für einen Einsatz in der Medizintechnik prädestiniert sind. Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um den ersten Teil des Beitrags, welcher die grundlegenden Herausforderungen des Vorhabens, den Stand der Technik sowie die angewandten Werkstoffe und Methoden beleuchtet. Weiterhin werden die Ergebnisse der Schweißversuche ohne Zusatzwerkstoffe zusammengefasst und der hierbei ermittelte Einfluss der Prozessparameter auf das Schweißergebnis dargelegt. Es wird aufgezeigt, dass das Mikro-Elektronenstrahlschweißen eine geeignete Technologie darstellt, um auch ohne Zusatzwerkstoffe qualitativ hochwertige Verbindungen von Titan mit nichtrostenden Stählen respektive Nickel-Titanlegierungen herzustellen. Hierbei bedarf es jedoch einer gezielten Para-meteroptimierung zur Limitierung der intermetallischen Phasenbildung.