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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Unterschiede im Korrosionsverhalten bei nickelfreiem und nickelhaltigem Stahl

Meeting Abstract

  • G. Täger - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • L.E. Podleska - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • B. Hußmann - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Unfallchirurgie, Essen, Germany
  • A. Fischer - Institut für Werkstofftechnik, Duisburg, Germany
  • S. Lendemans - Universitätsklinikum Essen, Klinik für Unfallchirurgie, Essen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocGR14-1609

DOI: 10.3205/11dkou476, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou4768

Published: October 18, 2011

© 2011 Täger et al.
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Fragestellung: Trotz mechanisch überlegener Eigenschaften werden Osteosyntheseimplantate aus Stahl wegen ihres auf dem hohen Nickelgehalt (12%) basierenden Allergiepotentials und wegen ihrer korrosiven Veränderungen anhaltend kritisch bewertet. Nachdem bei Titanimplantaten zunehmend Nickel zulegiert wird stellt sich die Frage nach werkstofftechnischen Alternativen. In diesem klinisch orientierten Experiment wurde ein faktisch nickelfreier austenitischer Stahl (X13CrMnMoN18-14-3, DIN 1.4452) mit herkömmlichem Stahl (316L) im Hinblick darauf untersucht ob vermehrt korrosive Veränderungen festgestellt werden können.

Methodik: Am standardisierten Frakturmodell der Kaninchentibia (NZLWR) wurden bei je 15 Tieren nach querer Osteotomie Plattenosteosynthesen mit nickelhaltigen (316L) und nickelfreien Stahlimplantaten (P2000) durchgeführt. Durch Belassen eines Spaltes (1mm) in der Osteotomie wurde die Belastung des Implantats im Interface zwischen Platte und Schraube (Reibkorrosion) gewährleistet. Die Tiere belasteten postoperativ voll, nach 6 Wochen erfolgte die Opferung. Die Implantatmaterialien wurden entfernt und im Ultraschallbad gesäubert. Mittels Stereomakroskop (Leitz) und Elektronenmikroskopie (SEM, DSM962) erfolgte die Analyse korrosiver Veränderungen und von Materialabtrag (fatigue). Die Ergebnisse wurden nach der Klassifikation von Cook (Auflagerung; Korrosion; Verformung; Materialabtrag) bewertet. Zusätzlich wurden die Gewebeproben

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: An beiden Werkstoffoberflächen waren Veränderungen festzustellen. Für das Kriterium Auflagerungen wurden bei 316L durchschnittlich 2.1 Punkte und bei P2000 1.1 Punkte festgestellt (Schweregrad x Flächenprozent: 316L 25,2 Punkte; P2000 12,8 Punkte). Die Klassifikation der korrosiven Veränderungen mittels Stereomakroskopie zeigte bei 316L durchschnittlich 2,7 und bei P2000 2,3 Punkte). Signifikante Unterschiede wurden für Verformungen bei 316L (2,3 Punkte) und P2000 (1,5 Punkte) festgestellt (316L 33,1 Punkte; P2000 10,6 Punkte). Entsprechend war der durch Reibkorrosion bedingte Materialabtrag bei 316L geringfügig weniger ausgeprägt als bei P2000 (316L 1,1 und P2000 1,5; Schweregrad x Flächenprozent: 316L 8,2 und P2000 10,5 Punkte). Das Korrosionsprodukt aus Verformung und Materialabtrag spiegelte sich in den höheren Meßwerten für beispielsweise Chrom bei 316L wider (316L 293,9µg/g Gewebe; P2000 97,4µg/g).

Die metallurgisch bekannten guten Eigenschaften von nickelfreiem Stahl (Pittingpotential 1100mV; Bruchdehnungsgrenze 1030MPa; Ermüdungsfestigkeit 590 MPa) gegenüber 316L (300mV; 450MPa; 345 MPa) werden auch im belasteten Osteosynthesemodell bestätigt und unterstreichen die besondere Eignung dieses Werkstoffes für Osteosyntheseimplantate mit starker Reibkorrosion (Plattenosteosynthesen).