Vadym Voropai (Magdeburg), Dr. Therese Bormann (Heidelberg), Prof. Dr. med. Christoph H. Lohmann (Magdeburg), Prof. Dr. rer. nat. Jessica Bertrand (Magdeburg), Prof. Dr. Jan Philippe Kretzer (Heidelberg), Dr. Joachim Döring (Magdeburg)
Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften)
Die Konussteckverbindung zwischen Hüftschaft und ‑Kopf einer Hüfttotalendoprothese ist eine der Stellen mit einem erhöhten Verschleiß- und Korrosionspotential. Unter dynamischer Belastung entstehende Mikrobewegungen führen zur Beschädigung der Passivschicht an Konusoberflächen und Freisetzung von Verschleiß- und Korrosionsprodukten sowie deren Metallionen, die negative Reaktionen im umgebenden Gewebe hervorrufen können. Mit Hilfe des Festwalzens der Konusoberfläche einer CoCrMo-Hüftkugel soll die Verschleißfestigkeit erhöht und somit die mechanische Beschädigung und Korrosionsanfälligkeit reduziert werden.
Im Rahmen dieser Studie wurden CoCrMo-Innenkonen mit der konventionell gedrehten sowie festgewalzten Oberfläche hergestellt. Oberflächeneigenschaften wurden durch optische (3D-Konfokalmikroskop), mechanische (Härtemessung, Verschleißtest) und Gefügeuntersuchungen evaluiert. In einem Fretting-Korrosionstest wurden Baugruppen aus CoCrMo-Innenkonus und TiAl6V4-Schaftkonus in Ringerlösung mit FeCl3 und H2O2 bei 37°C dynamisch beansprucht, um Belastungen im menschlichen Körper nachzubilden. Während des Versuchs wurde das Ruhepotential gemessen. Anschließend wurden die Komponentenoberflächen, der Materialverlust sowie die Ionenkonzentration in der Testflüssigkeit untersucht.
Die festgewalzten Konen haben eine niedrigere Rauheit Rz von 0,5 µm im Vergleich zu gedrehten Oberflächen (1,6 µm) gezeigt. Die Phasenumwandlung (kfz zu hdp) und eine um 25 % erhöhte Härte der festgewalzten Oberflächen führten zur Steigerung der Verschleißbeständigkeit im Verschleißtest um 70 %. In dem Fretting-Korrosionstest haben die festgewalzten und gedrehten Konen ein sehr ähnliches Schadensbild gezeigt, welches sich mit einem besonderen Verschleißmechanismus (Balachandran et al. 2020) beschreiben lässt.
Die festgewalzten Oberflächen zeigten ein hohes Potential zur Verschleißreduktion, welches durch weitere Forschungsarbeiten weiterentwickelt werden soll.