Einfluss von Molybdän und Wolfram auf das Korrosionsverhalten zweier experimenteller Kobalt-Chrom-Legierungen mit unterschiedlichem Chromgehalt

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Molybdän und Wolfram auf das Korrosionsverhalten zweier experimenteller Kobalt Chrom Legierungen mit unterschiedlichem Chromgehalt untersucht. Als Untersuchungsmethoden kamen der elektrochemische Test (potentiodynamische Polarisation) sowie der statische Immersionstest, der über einen Zeitraum von 42 Tagen durchgeführt wurde, zum Einsatz. Beide Versuche wurden in Anlehnung an DIN EN ISO 10271:2011 durchgeführt. Während beim elektrochemischen Test zwei verschiedene Elektrolyte (0,1 M NaCl Milchsäure und 0,9 % NaCl) verwendet wurden, kam beim statischen Immersionstest lediglich der Elektrolyt 0,1 M NaCl Milchsäure zum Einsatz. Bei beiden Versuchen erfolgte eine analytische Auswertung der korrosiv kontaminierten Prüflösung mittels ICP OES. Zur Verifizierung der analytischen Ergebnisse wurden beim elektrochemischen Test die mittels des Faraday`schen Gesetzes berechneten Massenverluste, sowie die nach der Zonencoulometrie berechneten Massenverluste herangezogen. Beim elektrochemischen Test waren die Ergebnisse in 0,1 M NaCl Milchsäure generell „besser“ als in 0,9 % NaCl, da positivere Ruhepotentialwerte vorlagen, die Durchbruchspotentiale bei höheren Potentialwerten zu finden waren und die Passivbereiche in einem niedrigeren Stromdichteniveau lokalisiert waren. Positiv konnte gewertet werden, dass die Durchbruchspotentiale aller Legierungen oberhalb der im Mund vorkommenden Potentiale (300 mV bzw. 500 mV) lagen. Allerdings hatten alle Legierungen ihren Passivbereich bei einer Korrosionsstromdichte, die größer war als die tolerierbare Korrosionstromdichte von 10-5A/cm². Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass man durch das Zulegieren von Elementen eine Verschiebung der Passivbereiche zu niedrigeren Stromdichtewerten erreichen kann. Den Passivierungsbereich mit den niedrigsten Stromdichtewerten erreichte man dabei durch das Zulegieren von Wolfram unter Beibehaltung des hohen Chromanteils. Ferner konnte gezeigt werden, dass auch Molybdän den Passivbereich modifizieren kann. Denn so führte Molybdän im Vergleich zu Wolfram nicht nur zu längeren Passivbereichen, sondern bewirkte auch, dass die Passivbereiche konstantere Stromdichtewerte aufwiesen. Allerdings war bei der molybdänhaltigen Legierung Co-3 der Passivbereiche bei höheren Stromdichtwerten lokalisiert als bei der wolframhaltigen Legierung Co-4. Da ferner die Legierung Co-4 im Gegensatz zur Legierung Co-3 keinen aktiven Peak aufwies, brachte das Zulegieren von Wolfram eine etwas bessere Wirkung als das Zulegieren von Molybdän. Das Zulegieren von Wolfram oder Molybdän sollte jedoch nicht auf Kosten des Chromgehaltes erfolgen, da sonst mit dem Auftreten weiterer Durchbruchspotentiale zu rechnen ist, wie dies im Falle der Legierung Co-3 und Co-4 zu beobachten war. Bei der analytischen Auswertung des elektrochemischen Tests ergaben sich die geringsten Ionenfreisetzungen für die Legierung Co-2, gefolgt von der Legierung Co-4, Co-3 und Co-1. Somit bestätigte sich, die bereits bei den Stromdichte-Potential-Kurven gewonnene Erkenntnis, dass das Zulegieren von Elementen das Korrosionsverhalten verbessert. Ferner zeigte sich, dass durch das Zulegieren von Wolfram oder Molybdän auch ein Chromanteil von nur 20 Gewichtsprozent ausreichend ist, um gute Ergebnisse zu erzielen. Die mittels des Faraday´schen Gesetzes berechneten Massenverluste zeigten, nachdem sie auf den prozentualen Legierungsanteil reduziert wurden, eine gute Übereinstimmung mit den analytisch bestimmten Massenverlusten. Bei den, in Anlehnung an Reclaru et al., mittels der Zonencoulometrie berechneten Massenverlusten, hatte die Legierung Co-2, gefolgt von der Legierung Co-4, Co-3 und Co-1 die geringsten Massenverluste in den klinisch relevanten Zonen. Die analytische Auswertung des statischen Immersionstest ergab keine Korrelation mit den analytischen Ergebnissen des elektrochemischen Tests. Denn so zeigten im statischen Immersionstest die Legierung Co-4, gefolgt von Legierung Co-2, Co-1 und Co-3 die geringsten Ionenfreisetzungen. Ferner vielen die Ionenfreisetzungen deutlich geringer aus, als im elektrochemischen Test. Im statischen Immersionstest erfüllten alle Legierungen die Anforderung der DIN EN ISO 22674:2006 da ihre Massenverluste deutlich unter dem in der Norm geforderten maximalen Grenzwert von 200 μg/cm² lagen.