TiN ist eine goldfarbene Hartstoffschicht. Diese Schichten werden seit mehr als 30 Jahren zur Verbesserung des Verschleißschutzes von Werkzeugen eingesetzt. Mit Schichtstärken von einigen Mikrometern wird TiN auch für Anwendungen in der Medizintechnik genutzt. Die Biokompatibilität der TiN-Schicht ist in vielfältigen Untersuchungen nachgewiesen. Werkstoffseitig zählt TiN zu den leitfähigen Keramiken. Die Eigenschaft der Biokompatibilität ergibt sich aus dem keramischen Charakter der TiN-Bindung bzw. aus den starken Bindungskräften zwischen Titan und Stickstoff. TiN ist hart und kann chemisch nur schwer angelöst werden. Daher sind die Haftung und Dichtheit der Schicht um so entscheidender für Anwendungen in der Medizintechnik. Nur eine dichte Schicht kann den Korrosionsschutz des Untergrundes gewährleisten oder als Sperrschicht wirken.

Anwendungsbeispiele:

- Hüfte, Knie, Finger, Schulter, Wirbelsäule

- Schrauben, Nägel, Führungsstangen

Beschichtungsverfahren:

Es gibt zahlreiche Verfahren, die zur Abscheidung von TiN-Schichten eingesetzt werden können. Bei unseren Hüftköpfen wird die Hohlkathoden-Verdampfung genutzt, da hierbei die glattesten und dichtesten Schichten abgeschieden werden können, vorausgesetzt die Implantatoberfläche ist ausreichend eben.

Prüfmethoden:

Die Parameter Schichtdicke, Mikrohärte und Reibungszahl werden an geeigneten Testkörpern geprüft, von denen jeweils einer pro Charge mitbeschichtet wird.

Schichtdicke:         Kalottenschleifverfahren (DIN V ENV 1071 Teil 2), Kugelkalottenschleifgerät (IFW Dresden)

Mikrohärte:            Mikrohärtebestimmung unter Prüfkraft, Mikrohärtemeßgerät Shimadsu DUH-200, Last 2 gf

Reibungszahl:        Reibung einer WC-Hartmetall­kugel unter vorgegebener Last gegen die Schicht, Oszillierendes Tribometer (Fh-AIS Erlangen)

Die Schichthärte ist bei diesen Dicken stets eine Systemeigenschaft. Ist das Substrat zu weich, bricht die Schicht unter bestimmten Belastungen ein. Die TiN-Beschichtungen bei unseren Hüftköpfen erfolgen nach der VDI-Richtlinie 3824.

Literatur zur Biokompatibilität der TiN-Schichten: R. A. Poggie, A. K. Mishra, J. A. Davidson, Three-body abrasive wear behaviour of orthopaedic implant bearing surfaces from titanium debris, Journal of Materials Science: Materials in Medicine 5 (1994) 387-392

J. J. A. M. van Raay, P. M. Rozing, C. A. van Blitterswijk, R. M. van Haastert, H. K. Koerten, Biocompatibility of wear-resistant coatings in orthopaedic surgery in vitro testing with human fibroplast cell cultures,  Journal of Materials Science: Materials in Medicine 6 (1995) 80-84