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Bibliographic Metadata

Title
Biokompatible ultrafeinkörnige Niob-Zirkonium Legierungen - Integrität unter mechanischer und korrosiver Beanspruchung
AuthorRubitschek, Felix
ExaminerMaier, Hans-Jürgen ; Kullmer, Gunter
Published2012
Institutional NotePaderborn, Univ., Diss., 2012
Annotation
Tag der Verteidigung: 28.09.2012
LanguageGerman
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-10272 
Files
Biokompatible ultrafeinkörnige Niob-Zirkonium Legierungen - Integrität unter mechanischer und korrosiver Beanspruchung [9.88 mb]
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Classification
Abstract (German)

Das mechanische Verhalten von biokompatiblem ultrafeinkörnigem (UFG) Niob Zirkonium (NbZr), hergestellt mittels Equal Channel Angular Processing (ECAP) wurde unter verschiedenen Randbedingungen, insbesondere hinsichtlich der Ermüdungs-eigenschaften und des korrosiven Einflusses von simulierter Körperflüssigkeit (SBF), untersucht. Die mechanischen Versuche wurden von Mikrostrukturuntersuchungen begleitet, um die jeweils vorherrschenden Schädigungsmechanismen zu charakterisieren.
 UFG NbZr weist gegenüber jenem mit konventioneller Korngröße eine deutlich ge-steigerte Festigkeit bei unverminderter Duktilität auf. Verbesserte Ermüdungseigen-schaften wurden sowohl im Low-Cycle- (LCF), als auch im High-Cycle Fatigue (HCF) Bereich beobachtet und auf eine hohe Stabilität der Mikrostruktur zurückgeführt. Letztere beruht maßgeblich auf der Verwendung effizienter ECAP Prozessrouten. Mittels Randschichthärtung durch innere Oxidation bei geringem Sauerstoffpartialdruck, lässt sich die Verschleiß- und Ermüdungsbeständigkeit von UFG NbZr im HCF Bereich nochmals erhöhen. Durch seine stabile Passivschicht weist UFG NbZr eine dem Titan vergleichbare hohe Beständigkeit in SBF auf. Unter LCF und HCF Bedingungen wurde kein korrosionsbedingter Einfluss auf das Ermüdungsverhalten festgestellt. Auch unter kritischeren bruchmechanischen Bedingungen wurde eine leichte Beschleunigung des Risswachstums lediglich im Schwellenwertbereich bei erheblicher Reduktion der Versuchsfrequenz beobachtet.

Abstract (English)

The mechanical behavior of biocompatible ultrafine-grained (UFG) Niobium Zirconium alloy (NbZr), processed by Equal Channel Angular Processing (ECAP), was investigated under several loading conditions with a focus on fatigue properties and the effect of a simulated body fluid environment. Mechanical tests were accompanied by microstructural investigations in order to characterize the damage mechanisms prevalent.
 As compared to conventional grain size material, UFG NbZr exhibits high strength along with unaltered ductility. Fatigue properties were found to be improved in both the low-cycle (LCF) and the high-cycle fatigue (HCF) regime. This was attributed to the pronounced stability of the UFG microstructure, which is promoted by using efficient ECAP routes. The application of an internal oxidation heat treatment at low partial pressures of oxygen leads to significant surface hardening without surface disruption and therefore promotes further improved wear- and HCF properties. Due to its stable dense passive oxide layer UFG NbZr is characterized by a high corrosion resistance in simulated body fluid, which is in the range of titanium alloys. Under LCF and HCF conditions, no alteration of the fatigue properties due to corrosive attack was observed. Even under more critical fatigue crack propagation conditions, a slight acceleration of crack growth was observed only in the near-threshold regime upon a significant reduction of test frequency.