Implantatwerkstoff aus einer refraktärmetallbasierten High Entropy Alloy

Ausgangslage:

Refraktärmetallbasierte High-Entropy-Alloys (HEA) können außergewöhnliche mechanische Eigenschaften aufweisen, welche vor allem für medizintechnische Implantate interessant sind. Diese Werkstoffgruppe besitzt allerdings sehr hohe Schmelzpunkte, so dass die Verarbeitung und die Herstellung von Bauteilen eine Herausforderung darstellen. Ein Nachweis zu den avisierten mechanischen Eigenschaften der refraktärmetallbasierten HEA liegt dementsprechend aufgrund von mangelndem Probenmaterial derzeit nicht vor. Mit Hilfe eines kürzlich entwickelten Verfahrens können die schmelzmetallurgisch nicht verarbeitbaren Werkstoffe jedoch in sphärische Pulver überführt werden.

Ziele:

Ein Ziel ist es, mit geeigneten additiven Fertigungsverfahren erstmals Prüfkörper und komplexe Bauteile aus refraktärmetallbasierten HEA herzustellen. Es soll erforscht werden, wie bei der Herstellung solcher Bauteile am besten vorgegangen werden muss. Probenkörper werden via SLM- (Selective Laser Melting) und EBM- (Electron Beam Melting) Verfahren additiv gefertigt und deren chemische und mechanische Eigenschaften untersucht. Die Herstellbarkeit von entsprechendem Pulver aus hochschmelzenden refraktärmetallbasierten HEA soll nachgewiesen und geeignete Prozessparameter für die additive Fertigung ermittelt werden. Das Forschungsprojekt soll die neue Werkstoffklasse der High-Entropy-Alloys für technische Anwendungen, insbesondere Implanante, zugänglich machen.

Ablauf:

Zunächst werden alle benötigten sphärischen Legierungspulver hergestellt. Darauf basierend werden mittels Selective Laser Melting (SLM)- und Electron Beam Melting (EBM)-Verfahren Prüfkörper gefertigt. Hierfür müssen geeignete Prozessparameter erarbeitet werden. Die gefertigten Proben werden untersucht und die Ergebnisse ausgewertet und analysiert. Erkenntnisse bezüglich der Verarbeitbarkeit des Pulvers und mechanischer Eigenschaften fließen in die Optimierung der herzustellenden Pulver ein. Die gewonnenen Informationen über die Pulverherstellung, die Proben- und Bauteilfertigung und die Werkstoffcharakterisierung werden vereint. Zur Validierung des Implantatwerkstoffes wird ein Demonstrator definiert, gefertigt und dessen Eigenschaften charakterisiert. Es soll ein Eignungsnachweis des entwickelten HEA-Werkstoffes für ein medizinisches Implantat erbracht werden.