Étude de l'influence du décapage et d'anodisations compacte et poreuse sur l'intégrité de surface et la résistance en fatigue de l'alliage de titane TA6V

Study of the influence of pickling and (compact and porous) anodizations on both surface integrity and fatigue resistance of TA6V titanium alloy

• Auteur / Autrice : Eric Vermesse
• Direction : Laurent Arurault, Catherine Mabru
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aéronautique astronautique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anodisation

Titane -- Alliages

Mots clés libres

Titane

Alliage TA6V

Décapage

Anodisation

Surface

Résistance en fatigue

Résumé

Les alliages de titane sont de plus en plus utilisés dans les domaines de l'aéronautique, des prothèses ou de la construction par exemple. Les pièces sont souvent soumises à d'importantes contraintes mécaniques, en particulier en fatigue. D'un autre côté, les traitements d'anodisation sont appliqués afin d'améliorer certaines propriétés de surface comme l'adhésion peinture, l'ostéointégration ou la couleur. Néanmoins, des études récentes sur l'aluminium et le titane ont montré un effet néfaste de l'anodisation sur la résistance en fatigue. Ainsi, il est intéressant d'observer l'effet de l'anodisation sur la résistance de l'alliage de titane TA6V mais aussi de comprendre comment ces traitements peuvent influencer cette propriété mécanique. C'est pourquoi, les effets du prétraitement de décapage puis de deux types d'anodisation (compacte et nanotubulaire) sur la résistance en fatigue et sur la surface sont analysés. Les caractéristiques de surface étudiées sont la microstructure, l'absorption d'espèces chimiques (hydrogène et oxygène), la topographie (rugosité et Kt local) et les contraintes résiduelles. Les essais de fatigue montrent des diminutions de la résistance dès le traitement de décapage mais aussi après les traitements d'anodisations. Pour le décapage, il est encore difficile de trouver la caractéristique de surface qui influence majoritairement la résistance en fatigue même si les rôles de l'absorption et de la microstructure peuvent être écartés. Dans le cas de l'anodisation compacte, il semblerait que les contraintes résiduelles aient un rôle important. Enfin, la microfissuration du film nanotubulaire faciliterait l'amorçage de fissures et ainsi diminuerait la résistance en fatigue après l'anodisation nanotubulaire.

Titanium alloys are increasingly used in lots of fields like aeronautic, prosthesis or building. These pieces are often subjected to mechanical stresses and notably fatigue stress. Furthermore, anodization treatments are commonly applied to increase surface properties like paint adhesion, osteointegration or colouring. However, some recent studies on aluminium and titanium alloys demonstrated the detrimental influence of anodization process on the fatigue resistance. Thus, it is interesting to investigate the effect of anodization on Ti-6Al-4V titanium alloys fatigue resistance and finally understand how these treatments influence this mechanical property. In this work, the effect of pickling pretreatment then two types of anodization (compact and nanotubular) on fatigue resistance and on surface are analyzed. Studied surface characteristics are microstructure, presence of embrittling species (hydrogen and oxygen), morphology (roughness and local Kt) and residual stress. Fatigue tests present some decrease of fatigue resistance after the pickling treatment but also after each anodization treatments. In pickling case, the key surface characteristic is still hard to highlight even if effect of microstructure and absorption of hydrogen or oxygen can be discarded. In compact anodization case, residual stresses seem to be key surface characteristic. Finally, the microcracking of nanotubular anodic film seems to induce an easier crack nucleation and explain the decrease of fatigue resistance after the nanotubular anodization.