Elaboration et caractérisation d'alliages biocompatibles Ti-Ta-Nb présentant des propriétés superélastiques et à mémoire de forme

Elaboration and characterization of biocompatible Ti-Ta-Nb alloys exhibiting superelasticity and shape memory effect

• Auteur / Autrice : Emmanuel Bertrand
• Direction : Thierry Gloriant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Alliages

Biomatériaux

Titane -- Alliages

Titane

Résumé

Dans le cadre de cette thèse, de nouveaux alliages de titane beta-métastables ont été élaborés à partir d’élément réputés parfaitement biocompatibles, le titane, le tantale et le niobium grâce à la technique de fusion en semi-lévitation. Une grande importance a été accordée à la caractérisation structurale et mécanique de ces alliages ainsi qu’à l’étude de leurs mécanismes de déformation. Selon leur composition, certains alliages présentent un bas module d’élasticité et un effet superélastique qui sont dus à une transformation martensitique sous contrainte. Cette phase martensitique est présente spontanément dans d’autres alliages qui possèdent alors un effet mémoire de forme. Toutes ces propriétés ont été caractérisées par de nombreuses techniques : microscopie, diffraction des rayons X, essais de traction, analyse mécanique dynamique, etc. Enfin, les mécanismes de déformation plastiques qui expliquent leur très bonne capacité à être travaillés à froid (glissement, maclage) ont été étudiés par EBSD et MET.

In the frame of this thesis, new metastable beta titanium alloys were elaborated by Cold Cruicible Levitation Melting. The elements, titanium, tantalum and niobium, are known to be fully biocompatible. A great importance was given to the structural and mechanical characterization, and the study of the deformation mechanisms. Depending on the composition, some alloys exhibit a low Young’s modulus and a superelastic effect which are due to a stress induced martensitic transformation. This martensitic phase is also observed in other alloys which exhibit a shape memory effect. These properties were characterized by numerous techniques such as microscopy, X-ray diffraction, tensile tests, dynamic mechanical analysis etc. Finally, plastic deformation mechanisms (slip, twinning) that explain the excellent workability of these alloys were characterized by EBSD and TEM.