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

Wie die Implantate des ACS^® Kniesystems, bestehen die artikulierenden, metallenen Gelenkkomponenten zumeist aus einer CoCrMo-Gusslegierung. Kritisch ist die Implantation der CoCrMo-Komponenten bei Patienten, bei denen eine Nickelallergie nachgewiesen ist. Seit den 70er und 80er Jahren des letzten Jahrhunderts enthalten Kobalt-Chrom-Implantate einen geringen Nickelanteil, um die Festigkeitswerte der Legierung zu verbessern. Nickel ist sicherlich der Hauptfaktor für das Auftreten allergischer Reaktionen, wenngleich auch von Überempfindlichkeiten gegenüber anderen Metallen, wie Kobalt und Chrom berichtet wird. Die Verwendung einer Titanlegierung stellt keine Lösung dieses Problems dar, da sich die Abriebparameter erheblich verschlechtern und die Lebensdauer der Prothese reduziert. Seit Ende 1990 wird eine TiN (Titannitrid) Beschichtung erfolgreich und reproduzierbar auf Implantatoberflächen aufgebracht, um den Körper vor allergieauslösenden Metallionen zu schützen. Die Ionenabgabe TiN-beschichteter bzw. TiNbN-beschichteter Implantate ist im Vergleich zu unbeschichteten CoCrMo-Implantaten auf 10% reduzieren. Mit der TiN-Beschichtung erlangen die Komponenten keramische Eigenschaften. Die Abriebparameter TiN-beschichteter Implantate sind demzufolge denen der CoCrMo-Komponenten überlegen.

Keramische Beschichtungen weisen folgende Eigenschaften auf:

- erhöhter Härtegrad der artikulierenden Oberfläche

- erhöhte Kratzfestigkeit

- niedriger Reibungskoeffizient

- erhöhte Benetzbarkeit

- reduzierter Abrieb des Gleitpartners (Polyethylen)

- hohe Korrosionsfestigkeit

- verringerte Metallionenabgabe

- hohe Biokompatibilität