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Rothammer, Benedict ; Weikert, Tim ; Tremmel, Stephan ; Wartzack, Sandro:
Tribologisches Verhalten amorpher Kohlenstoffschichten auf Metallen für die Knie-Totalendoprothetik.
In: Tribologie und Schmierungstechnik.
Bd. 66
(2019)
Heft 1
.
- S. 15-24.
ISSN 0724-3472
DOI: https://doi.org/10.30419/TUS-2019-0002
Abstract
Der häufigste Grund für einen Implantatausfall stellt Verschleiß dar, da dieser vor allem zu einer aseptischen Lockerung des Implantats führt. Deshalb sollen in dieser Studie die polymeren Verschleißpartikel des Inlays durch den Einsatz tribologisch wirksamer Kohlenstoffschichten (DLC, diamond-like carbon) auf Implantatoberflächen reduziert und dadurch der Abrasivverschleiß minimiert werden. Daher wurden amorphe Kohlenstoffschichten auf Ti6Al4V (3.7165; 39 ± 2 HRC) und CoNi35Cr20Mo10 (2.4999; 47 ± 1 HRC) abgeschieden. Bei den abgeschiedenen Schichten handelt es sich um je eine reine (a-C:H), siliziumoxid- (a-C:H:SiO) und titandotierte (a-C:H:Ti) wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht. Der Fokus dieses Beitrags liegt auf einem Screening der Schichten bezüglich der Verschleißerscheinungsformen. Darauf aufbauend sollen mittelfristig wirkende Verschleißmechanismen identifiziert werden, um anschließend verschleißreduzierende Schichtsysteme ableiten zu können. Die tribologische Wirksamkeit der Kohlenstoffschichtsysteme lässt sich insbesondere durch eine hohe Haftung auf dem Grundwerkstoff begünstigen, sodass ein weiteres Augenmerk auf der mechanischen Untersuchung der Schichthaftung liegt. Die un- und beschichteten Proben wurden gegenüber medizinischem Polyethylen-Ultra High Molecular Weight (PE-UHMW, 1401; HB = 33 N/mm2) in einem Ring Scheibe-Versuch getestet. Als Schmierstoff kam fetales Rinderserum (FBS) zum Einsatz. Die Verschleißpartikel sind in der Regel faser- oder partikelförmig ausgeprägt und weisen mindestens eine Größe von 33,8 μm auf. Dieser Wert ist oberhalb des kritischen Werts von 0,1 μm, unterhalb dessen bereits bei kleinem Abriebvolumen erhöhte makrozytäre Reaktionen ausgelöst werden. Dadurch wird das Risiko einer Osteolyse und ferner einer aseptischen Lockerung begünstigt. Ein Grund für die Abweichung der Partikelgrößen liegt in den unterschiedlichen in-vitro Versuchsaufbauten (Tribometer, Kniesimulator) und dem in-vivo eingesetzten Gelenkersatzes begründet. Generell sollte das Verschleißvolumen für Partikel in einer Größenordnung von 0,2…0,6 μm gering gehalten werden.