Design und Herstellung eines gradierten hochreinen Magnesium-Calcium-Zink-Werkstoffes mittels fraktioneller Kristallisation für den potentiellen Einsatz als biodegradierbarer Implantatwerkstoff

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Friedrich; Professorin Dr.-Ing. Daniela Zander
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431892627

In diesem Forschungsvorhaben soll eine innovative Herstellungsmethode, alternativ zum bislang bekannten Prozess der Vakuumdestillation, zur Herstellung hochreinerMagnesiumlegierungen für den Einsatz als biodegradierbarer Implantatwerkstoff entwickelt werden. Diese auf fraktioneller Kristallisation basierende Methode ermöglicht hochreines Magnesium bzw. seine Legierungen mit geringerem Anlagentechnik-Aufwand und gleichzeitig schnell und ressourcen-effizient herzustellen. Dabei und unter Ausnutzung des Phänomens „Striation“ (Riefelung/Schichtung) werden in einem Schritt und ohne die bislang erforderlichen Umschmelzverfahren, Legierungselemente (z.B. Calcium und Zink) mit über den Querschnitt ansteigender Konzentration im Basismetalleingebunden und dadurch ein gradierter Werkstoff erzeugt. Durch Herstellung dieses gradierten Magnesiumwerkstoffs soll somit das in der Literatur als optimal identifizierte aber bislang nicht erreichte Degradationsdesign mit anfänglich langsamer und mit der Zeit zunehmenden Degradationsraten bei ebenmäßiger Korrosion realisiert werden. Degradationsuntersuchungen dienen hierbei einerseits dazu um die fraktionelle Kristallisation hinsichtlich des gezielten Degradationsdesigns gezielt auszuschöpfen und dessen Eignung zu validieren; andererseits um die vorherrschenden Korrosionsmechanismen an gradierten Werkstoffen zu beschreiben. Dazu ist die Verwendung von Magnesiumwerkstoffen mit hohen Reinheitsgraden, welches die fraktionelle Kristallisation gewährleistet, notwendig, da Verunreinigungen Bekanntermaßen mikrostrukturbedingte Korrosionseffekte überlagern. Durch dieses Forschungsvorhaben wird somit ein wichtiger grundlagenorientierter Beitrag zur Entwicklung implantatfähiger Magnesiumwerkstoffe und ihrer Herstellungsmethoden geliefert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen