Influence de traitements de surface sur les propriétés de résistance à la corrosion d'alliages de titane à grains ultrafins pour des applications biomédicales

Influence of surface treatments on corrosion resistance properties of ultrafine grained Titanium alloys for implant applications

• Auteur / Autrice : Diego Godoy
• Direction : Jean-Claude Leprêtre, Virginie Roche, Walter José Botta Filho, Alberto Moreira Jorge JR
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 09/08/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Universidade federal de São Carlos
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (Grenoble ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Ricardo Nogueira
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Walter José Botta Filho, Claudemiro Bolfarini, Katia Regina Cardoso
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ricardo Nogueira, Dilermando Travessa Nagle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomatériaux

Métaux -- Oxydation anodique

Nanotubes

Anticorrosion

Mots clés libres

Bioactivité

Corrosion

Ti13Nb13Zr

Ti35Nb7Zr5Ta

Déformation plastique sévère

Nanotubes de TiO2

Bioactivity

Corrosion

Ti13Nb13Zr

Ti35Nb7Zr5Ta

Severe plastic deformation

TiO2 nanotubes

Résumé

Le titane et ses alliages sont utilisés comme biomatériaux en raison de leur excellente combinaison de résistance élevée à la corrosion, de faibles modules d'élasticité et de biocompatibilité. Cependant, le titane et ses alliages ne peuvent pas répondre à toutes les exigences cliniques, car ils présentent certains inconvénients, le plus important étant la résistance à l'usure inférieure. En ce sens, cette thèse vise à évaluer différentes stratégies pour améliorer les propriétés mécaniques et la bioactivité des alliages de titane (alpha' + bêta) et (bêta) pour les applications biomédicales, à travers:(1) déformation plastique sévère (2) techniques de modification de surface.Les alliages Ti13Nb13Zr (alpha' + bêta) et Ti35Nb7Zr5Ta (bêta) ont été déformés par la méthode de torsion à haute pression (HPT-High Pressure Torsion). Ensuite, des traitements de modification de surface, tels que l’anodisation et les traitements chimiques, ont été effectués dans des échantillons non déformés et déformés par HPT. Enfin, des tests de corrosion et de bioactivité ont été réalisés dans un fluide corporel simulé. Les tests ont été effectués sur des échantillons de surfaces traitées par rapport à des surfaces non traitées de conditions déformées et non déformées.La microstructure des échantillons a été analysée par microscopie optique (MO), microscopie électronique à balayage (MEB) et diffraction des rayons X (DRX). Des tests de dureté sont également effectués après le processus HPT. D'autre part, les traitements de modification de surface et la formation d'apatite dans les tests de bioactivité sont évalués par MEB, analyses chimiques par spectroscopie d'énergie dispersive et DRX.En général, la résistance à la corrosion des alliages de titane évaluées, améliorée avec le traitement d'anodisation. Des dépôts d'apatite ont été observés sur des échantillons d'alliage Ti13Nb13Zr, non déformés et déformés par HPT, pour les traitements de modification de surface proposés. Le Ti35Nb7Zr5Ta semble avoir une capacité de formation d'apatite inférieure à celle du Ti13Nb13Zr.

Titanium and its alloys are used as biomaterials because their excellent combination of high corrosion resistance, low modulus of elasticity and biocompatibility. However, titanium and its alloys cannot meet all the clinical requirements because they present some disadvantages, the most important being the inferior wear resistance. In this sense, this thesis aims to evaluate different strategies to improve mechanical properties and bioactivity of titanium alloys, (alpha' + beta) and (beta), for biomedical applications through severe plastic deformation and different techniques of surface modification.The titanium alloys, Ti13Nb13Zr (alpha' + beta) and Ti35Nb7Zr5Ta (beta), were deformed by the high-pressure torsion (HPT) method. Afterward, surface modification treatments, such as the anodization and chemical treatments, were carried out both in samples non-deformed and deformed by HPT. Finally, corrosion and bioactivity tests were performed in simulated body fluid (SBF). The tests were performed on samples with treated surfaces compared with non-treated surfaces in the deformed and undeformed conditions.The samples's microstructures were analyzed by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Hardness tests were also performed after the HPT process. On the other hand, surface modification treatments, and the formation of apatite in bioactivity assays were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), with chemical analyzes carried out by dispersive energy spectroscopy (EDS) and phase identification by X ray diffraction (XRD).In general, the corrosion resistance of the titanium alloys improved with the anodization treatment. Apatite deposits were observed on Ti13Nb13Zr alloy samples, in the conditions non-deformed and deformed by HPT. The Ti35Nb7Zr5Ta appears to have a lower apatite-formation ability compared to Ti13Nb13Zr.