Detailansicht
High cycle fatigue investigations of a biodegradable Mg5Zn-alloy processed by severe plastic deformation
Moritz Hartleb
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Erhard Schafler
DOI
10.25365/thesis.64816
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10313.78163.745511-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Verwendung von biokompatiblen metallischen Materialien im Rahmen von chirurgischen
Implantaten erlaubt es diesen sich in vivo aufzulösen. Magnesium eignet sich für solche Anwendungen.
In dieser Arbeit werden die Ermüdungseigenschaften einer solchen Mg-Legierung
in fünf verschiedenen Zuständen untersucht: thermische Auflösung von Ausscheidungen, Verformung bei Raumtemperatur mit und ohne Wärmebehandlung, Verformung bei erhöhter Temperatur mit und ohne Wärmebehandlung.
Ermüdungsverhalten ist ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Implantaten,
da die strukturellen Eigenschaften mindestens bis zur Heilung des betroffenen Bereichs
bestehen müssen.
Proben wurden mittels Hochdrucktorsion (HPT) verformt um Kornfeinung zu erzeugen
als auch um mechanische Eigenschaften zu verbessern ohne den E-Modul des Materials
zu verändern. HPT Verformung bei Raumtemperatur erzeugt Leerstellenagglomerate,
welche die Bewegung von Versetzungen behindern und so als Ersatz für
weitere Legierungsatome dienen. HPT Verformung bei hoher Temperatur erzeugt
intermetallische Ausscheidungen in der hexagonalen Matrix welche ebenfalls die Versetzungsbewegung einschränke. Ermüdungsversuche wurden bei einer Frequenz von
20kHz auf bis zu 1e9 Zyklen unter Laborbedingungen durchgeführt. Proben mit einer sanduhrförmigen Geometrie wurden verwendet.
Die Geometrie der Proben wurde mittels Funkenerodierens erreicht.
Die Ermüdungsversuche ergaben, dass sich die Behandlung der Proben positiv auf ihre
Ermüdungseigenschaften ausgewirkt hat. Die Bruchflächen zeigen ein zähes Verhalten, außer bei Proben verformt bei
Raumtemperatur mit anschließender Wärmebehandlung wo ein spröder Bruch zu erkennen ist. Rissverläufe der Proben zeigen auf der Seite welche näher zum Ort der Rissentstehung liegt, einen nicht geraden Rissverlauf.
Abstract
(Englisch)
Using biocompatible metallic materials for surgical implants allows the use of samples
that gradually degrade in vivo. In this regard magnesium show great promise.
This work investigates the fatigue behaviour of a Mg-alloy in five different conditions:
Thermal dissolution of precipitates, deformation at room temperature with and without heat treatment, deformation at elevated temperatures with and without heat treatment.
The fatigue behaviour is important when designing implants, as they need to
keep their structural integrity long enough for complete tissue healing.
Samples were deformed using high pressure torsion (HPT) to induce grain refinement
and increase mechanical properties without changes in the Young's modulus.
HPT deformation at room temperature with additional heat treatment introduced vacancy
agglomerates that impede dislocation movement substituting additional alloying
elements, while HPT deformation at elevated temperatures introduces precipitates into
the hexagonal matrix which also hinder dislocation movement.
Fatigue tests were performed at a frequency of 20kHz up to 1e9 cycles at ambient conditions. Samples with an hourglass geometry were used by gluing them onto a sample holder attached to an acoustic horn. To achieve the aforementioned sample geometry, samples were punched using spark erosion machining.
The results show an increase in fatigue strength in all four conditions
when compared to the non deformed material. Fracture surfaces show a ductile
behaviour for all samples except samples deformed at room temperature with additional
heat treatment. Crack paths of the different conditions revealed that all samples exhibited a more serrated crack path along one of their two faces.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
High cycle Fatigue Severe plastic deformation high pressure torsion Magnesium biocompatible materials fracture surface analysis
Schlagwörter
(Deutsch)
Ermüdungsverhalten bei hohen Zyklenzahlen Hochdrucktorsion ultrahoch Verformung Magnesium biokompatibles Material Bruchflächenanalyse
Autor*innen
Moritz Hartleb
Haupttitel (Englisch)
High cycle fatigue investigations of a biodegradable Mg5Zn-alloy processed by severe plastic deformation
Paralleltitel (Deutsch)
Ermüdungsverhalten einer ultrahoch verformten, biokompatiblen Mg5Zn Legierung bei hohen Zyklenzahlen
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
vii, 74 Seiten $$b Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Erhard Schafler
AC Nummer
AC16226209
Utheses ID
57509
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |