Rasterelektronenmikroskop (REM) Bruchflächenanalyse an Magnesiumdrähten zur Beweisführung von Spannungsrisskorrosion

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen

2.1 Einteilung, Kennzeichen und Ursachen von Brüchen

2.2 Korrosion

2.2.1 Allgemeine Korrosionsmechanismen und Erscheinungsformen

2.2.2 Magnesiumkorrosion

2.3 Magnesium

2.3.1 Physiologische Bedeutung von Magnesium

2.3.2 Magnesiumlegierungen als Implantatwerkstoff

2.3.3 Gadolinium als Legierungselement

2.4 Prüfstand für den Nachweis von SpRK

2.5 Ausgangssituation

3 Methodik

3.1 Bestandsaufnahme

3.2 Anwendung des Rasterelektronenmikroskops

3.3 Chromsäurebehandlung der Drähte im T4 und as-drawn Zustand

3.4 Erstellung von aussagekräftigen Längsschliffen

3.5 Anwendung des Digitalmikroskops

4 Ergebnisse

4.1 REM gestützte Bruchflächenanalyse

4.1.1 Analyse der Drähte im as-drawn* und T4* Zustand

4.1.2 Analyse der Drähte im as-drawn und T4 Zustand

4.2 Restbruchflächen

4.3 Analyse der präparierten Magnesiumdrähte am Digitalmikroskop

5 Auswertung

5.1 Zeitstandkurve

5.2 Chromsäurebehandlung

5.3 Bruchflächenanalyse

5.4 Restbruchflächen

5.5 Gefügeuntersuchung

5.6 Ergebnis

6 Zusammenfassung

7 Ausblick

8 Anhang

8.1 Elektrochemische Spannungsreihe ausgewählter Metalle

8.2 Pourbaix-Diagramm von Magnesium

8.3 Daten aus Zeitstandversuch

8.4 Reaktionsgleichungen der Chromsäurebehandlung

8.5 Beispielprotokoll Zeitstandversuch

8.6 REM Aufnahmen

8.7 Sicherheitsdatenblatt Chromsäure

Zielsetzung & Themen

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Magnesium-Gadolinium-Legierung Mg4Gd auf ihre Anfälligkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion (SpRK) unter statischer Last, um deren Eignung als resorbierbarer Implantatwerkstoff zu bewerten.

• Analyse des Bruchverhaltens von Mg4Gd-Drähten mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM)
• Untersuchung von Proben aus dem Zeitstandversuch im Vergleich zu Referenzproben aus dem Zugversuch
• Einfluss der T4-Wärmebehandlung und des as-drawn Zustands auf das Korrosionsverhalten
• Chemische Präparation der Bruchflächen mittels Chromsäure zur Entfernung von Korrosionsprodukten
• Gefügeanalyse und Bestimmung der Restbruchflächen zur Identifikation potenzieller SpRK-Merkmale

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Einführung in die Thematik der resorbierbaren Magnesiumimplantate und Definition der Forschungsfrage hinsichtlich der Spannungsrisskorrosionsneigung von Mg4Gd.

2 Grundlagen: Theoretische Erläuterung von Bruchmechanismen, Korrosionsarten bei Magnesium sowie die physiologische und werkstofftechnische Bedeutung von Magnesium-Gadolinium-Legierungen.

3 Methodik: Darstellung der Vorgehensweise bei der Datenerfassung, der REM-Untersuchung, der chemischen Reinigung der Proben sowie der metallographischen Längsschliffpräparation.

4 Ergebnisse: Detaillierte Auswertung der Bruchflächenanalysen sowie der Gefügeuntersuchungen der verschiedenen Drahtzustände nach dem Zeitstandversuch.

5 Auswertung: Diskussion der Erkenntnisse bezüglich der Korrosionsrate, des Einflusses der Wärmebehandlung und des tatsächlichen Versagensmechanismus der untersuchten Legierung.

6 Zusammenfassung: Zusammenfassende Bewertung, dass die Legierung Mg4Gd unter den gewählten Bedingungen nicht zu Spannungsrisskorrosion neigt, sondern ein duktiles bzw. sprödes Mischbruchverhalten zeigt.

7 Ausblick: Diskussion potenzieller Optimierungsmöglichkeiten der Legierung sowie weiterer notwendiger Untersuchungen zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.

8 Anhang: Detaillierte Datenblätter, Diagramme, tabellarische Auswertungen der Zeitstandversuche und das Sicherheitsdatenblatt zur verwendeten Chromsäure.

Schlüsselwörter

Magnesium, Gadolinium, Mg4Gd, Spannungsrisskorrosion, SpRK, Korrosionsverhalten, Bruchflächenanalyse, Rasterelektronenmikroskop, REM, Längsschliff, Zeitstandversuch, Biodegradierbare Implantate, Legierung, Werkstofftechnik, Ringeracetat-Lösung

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht das Versagensverhalten von Magnesiumdrähten der Legierung Mg4Gd unter statischer Zuglast in einer körperähnlichen Umgebung, um festzustellen, ob das Material zu Spannungsrisskorrosion neigt.

Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?

Zentral sind die Materialwissenschaft von Magnesiumlegierungen, spezifische Korrosionsmechanismen (insbesondere Lochkorrosion und SpRK), die Werkstoffprüfung sowie die mikroskopische Schadensanalyse.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist der Nachweis, ob die Legierung Mg4Gd bei definierter Probengeometrie im elastischen Bereich zu Spannungsrisskorrosion neigt, was ihren Einsatz als resorbierbares Implantat verhindern würde.

Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zur Anwendung?

Zum Einsatz kommen statische Zeitstandversuche, eine Rasterelektronenmikroskopie (REM) zur Bruchflächenanalyse, eine chemische Oberflächenbehandlung mit Chromsäure und lichtmikroskopische Untersuchungen von Längsschliffen.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen der Korrosion, die methodische Vorgehensweise zur Probenanalyse, die Darstellung der gewonnenen Ergebnisse aus den Versuchsreihen sowie deren wissenschaftliche Auswertung.

Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Mg4Gd, Magnesiumlegierungen, Spannungsrisskorrosion, REM-Analyse, Zeitstandversuch, Korrosionsrate und Längsschliffpräparation.

Warum wird die Legierung Mg4Gd für Implantate untersucht?

Magnesium besitzt eine gute Biokompatibilität und knochenähnliche mechanische Eigenschaften. Die Legierung mit Gadolinium soll die Korrosionsrate senken und die Stabilität während der Heilungsphase verbessern.

Welches Ergebnis lieferte die Untersuchung der Bruchflächen?

Die Untersuchungen ergaben, dass kein Versagen durch Spannungsrisskorrosion vorlag. Das Versagen der Drähte wurde primär durch eine korrosive Querschnittsminderung aufgrund von Loch- und Muldenkorrosion verursacht.