ASTM F1978-22 Standardtestmethode zur Messung der Verschleißfestigkeit metallischer thermischer Spritzbeschichtungen mit Taber-Schleifmittel

Die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) herausgegebene Norm „ASTM F1978-22 Standardtestmethode zur Messung der Verschleißfestigkeit von metallischen thermischen Spritzbeschichtungen unter Verwendung von Taber-Schleifmitteln“ beschreibt eine Testmethode zur Bestimmung der Verschleißfestigkeit von metallischen Beschichtungen, die von hergestellt werden Thermische Spritzverfahren auf flachen metallischen Oberflächen. Diese Testmethode dient zur Charakterisierung von Beschichtungen, die auf chirurgischen Implantaten verwendet werden.

Bei dieser Methode wird das Taber-Schleifgerät verwendet, das eine Kombination aus Rollen und Reibung erzeugt, um Abnutzung auf der Fahrbahnoberfläche zu verursachen. Der Verschleiß wird als kumulativer Gewichtsverlust gemessen. Diese Testmethode ist auf flache, harte Proben beschränkt, die nicht wesentlich mit Wasser reagieren und zwischen Raumtemperatur und 100 Grad an der Luft keine Phasenumwandlung oder chemische Reaktion eingehen.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Definitionen:

• Unter Schleifmittel versteht man ein Instrument zur Bestimmung des Widerstands von Oberflächen gegenüber kombinierter Roll- und Reibungswirkung.
• Unter Partikelablösung versteht man den Verlust von Oberflächenpartikeln und Fragmenten einer Beschichtung.
• Unter thermischer Spritzbeschichtung versteht man die Beschichtung, die durch Versprühen von geschmolzenem oder erweichtem Pulver oder Draht durch brennbare Gase, Plasma oder einen Zweidrahtlichtbogen erzeugt wird.
• Unter Gewichtsverlust versteht man die Menge an Masse, die das Prüfgerät während des Tests entfernt.

Bei dieser Testmethode wird ein Taber-Schleifgerät mit Rädern vom Kaliber H-22 (Warenzeichen) und einer Schleifkopfmasse von 250 g ohne zusätzliche Gewichte verwendet. Eine Probe wird durch Rotations- und Reibungswirkung unter kontrollierten Druck- und Schleifwirkungsbedingungen abgeschliffen. Auf der rotierenden Plattform montiert, dreht sich die Testprobe um eine vertikale Achse gegen die Gleitdrehung zweier Schleifscheiben. Die Räder sollten so montiert werden, dass sie sich bei Kontakt mit dem rotierenden Prüfling in entgegengesetzte Richtungen drehen. Eine Schleifscheibe reibt die Probe nach außen zur Peripherie und die andere nach innen zur Mitte, während ein Vakuumsystem während des Tests Abriebrückstände entfernt. Die dabei entstehenden Abnutzungsspuren bilden ein Muster aus Kreuzbögen auf einer Fläche von ca. 30 cm2. Die Proben werden abgerieben, mit Ultraschall gereinigt, getrocknet, gekühlt und für eine bestimmte Anzahl von (2, 5, 10 und 100) kumulativen Schleuderzyklen gewogen. Die Proben werden nach jeder Wiederholung gewogen und der Gewichtsverlust ist ein Maß für die Abnutzung der Probe.

Diese Testmethode bietet eine Möglichkeit, die Beständigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung gegenüber Partikelabwurf zu bewerten. Eine solche Partikelabgabe kann während der chirurgischen Platzierung eines Implantats oder als Folge von Mikrobewegungen des Implantats nach der Platzierung auftreten.

Diese Verschleißtestmethode kann für die Qualitätskontrollanalyse einer Beschichtung nützlich sein und kann zur Bewertung der Auswirkungen von Verarbeitungsvariablen wie der Substratvorbereitung vor der Beschichtung, der Oberflächentextur, Variablen der Beschichtungstechnik oder Nachbehandlungen verwendet werden.

Bei dieser Abriebtestmethode handelt es sich um flache, plattenförmige Proben mit ausreichender Größe, damit sich die Räder des Schleifmittels nicht von der Oberfläche der Probe lösen. Nicht empfohlen für Geräte anderer Formen oder Größen.

Das in diesen Tests verwendete Taber-Schleifmittel hat eine Masse von 250 g und einen Schleifkopf ohne Zusatzgewicht und besteht aus folgenden Teilen:

• Eine Muster-Plattenspielerplattform mit abnehmbarer Gummiauflage und zentral positioniertem Gewindestift und Mutter.
• Ein Motor, der die Drehtellerplattform mit 72 U/min plus/minus 2 U/min oder 60 U/min plus/minus 2 U/min drehen kann.
• Ein Paar Schleifköpfe, die den Dreharm und den Flanschhalter enthalten, in dem die Schleifscheibe montiert ist.
• Ein Vakuumsaugsystem und ein Vakuumsammelkopf zum Entfernen von Schmutz und abrasiven Partikeln von der Probenoberfläche während des Tests. Es wird ein Vakuumsaugniveau von 100 verwendet und die Vakuumsaugkraft beträgt 13,7 kPa oder mehr, gemessen mit einem Vakuummessgerät am Vakuumsammeldüsenanschluss. Die Höhe des Vakuumsammelstutzens muss verstellbar sein.
• Ein Zähler, der die Anzahl der von der Drehtellerplattform durchgeführten Verschleißzyklen (Umdrehungen) aufzeichnet.

Die Proben für den Abriebtest müssen etwa 10 cm große Quadrate oder Kreise mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Dicke von mindestens 1,6 mm, aber nicht mehr als 6,5 mm haben, mit 6,5 mm in der Mitte, damit die Probe im Probenhalter des Taber-Schleifmittels befestigt werden kann. Es sollte ein Loch im Durchmesser vorhanden sein. Bei anderen Substraten als Titan wird das Gewicht der Prüfprobe entsprechend der Kapazität der Analysenwaage berücksichtigt.

Die Beschichtung wird auf eine Weise aufgetragen, die repräsentativ für die des fertigen chirurgischen Implantats ist.

Es werden mindestens sieben Proben vorbereitet. Sollen mehrere Beschichtungen untersucht werden, sind für jede Beschichtung mindestens sechs Proben vorzubereiten, und mindestens ein Satz sollte sieben Proben umfassen. Aus diesem Satz von sieben Proben wird eine Probe ausgewählt, um die für die Ultraschallreinigung benötigte Zeit zu bestimmen. Eine zufällig ausgewählte Probe aus jeder Gruppe von sechs Proben wird beiseitegelegt, um den durch die Ultraschallreinigung verursachten Gewichtsverlust zu messen. Diese Probe (Blindprobe) wird gewogen, ultraschallgereinigt, getrocknet, abgekühlt und erneut gewogen.

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