CHAPITRE 7 - ÉTUDE DE CAS
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Le choix des traitements ne peut être fait que lorsqu’on connaît parfaitement
les mécanismes de dégradation. Par exemple, dans le cas de l’usure-frottement
d’une prothèse de hanche, il faut considérer le mécanisme d’usure abrasive à
trois corps en raison de la présence des produits de dégradation du métal qui
viennent s’enchâsser à la surface du polyéthylène. On est alors dans les conditions d’un frottement métal sur débris métalliques plus ou moins oxydés et il
faut rechercher u n traitement de surface du métal amenant une grande dureté
superficielle.
Nous présentons ici quelques traitements de surface* qui peuvent être considérés comme des outils du concepteur de prothèses :
amélioration de la limite de fatigue : implantation ionique,
amélioration de la biocompatibilité : dépôts sous plasma froid,
amélioration de l’usure-frottement : nitruration CVD assistée plasma avec
diffusion.
Appliquer des traitements de surface n’a de sens que lorsqu’on a choisi
convenablement le matériau de base.
2.1. Implantation ionique
La technique d’implantation ionique, bien connue dans le domaine des matériaux semi-conducteurs peut permettre, si les conditions de traitement sont
convenables, une amélioration des propriétés mécaniques d’alliages tels que les
aciers inoxydables ou de titane[3). Le matériel classique mis en ceuvre est conséquent et fait appel, entre autres, à u n tri des éléments implantés par séparation
magnétique ; on peut aussi utiliser des dispositifs sans séparation de masse
auxquels nous réservons le terme dïncrusteurs ioniques.
L‘élément essentiel est la source d’ions qui peut être une simple source à
décharge luminescente ou une source de type Kaufman :
source à décharge luminescente : utilisation possible de gaz corrosifs, énergie
0-60 keV, courant de faisceau 0-600 ,UA, taille du faisceau 1 cm2 ;
source Kaufman : tous les éléments peuvent être obtenus a partir de gaz non
corrosifs, énergie 50-60 keV, courant de faisceau 5-8 mA, taille du faisceau
15 cm2.
* Travail collectif effectué dans le cadre d’un contrat BRITE-EURAM associant le LMCM de
l’École nationale supérieure des arts et industries de Strasbourg, le laboratoire d‘Étude et
Développement des biomatériaux de Strasbourg, le laboratoire PHASE du CNRS de
Strasbourg, l’université et l’école des Mines de Nancy, l’université de Braunschweig
(Allemagne) et l’université de Porto (Portugal).
( 3 ) Mille P., Comportement mécanique et métallurgique de l’alliage de titane TAW dans le
domaine de la fatigue à grand nombre de cycles - Étude de modifications de surface et application à l’amorçage defissures, Thèse, université Louis Pasteur, Strasbourg ( 1 987).
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Le choix des traitements ne peut être fait que lorsqu’on connaît parfaitement
les mécanismes de dégradation. Par exemple, dans le cas de l’usure-frottement
d’une prothèse de hanche, il faut considérer le mécanisme d’usure abrasive à
trois corps en raison de la présence des produits de dégradation du métal qui
viennent s’enchâsser à la surface du polyéthylène. On est alors dans les conditions d’un frottement métal sur débris métalliques plus ou moins oxydés et il
faut rechercher u n traitement de surface du métal amenant une grande dureté
superficielle.
Nous présentons ici quelques traitements de surface* qui peuvent être considérés comme des outils du concepteur de prothèses :
amélioration de la limite de fatigue : implantation ionique,
amélioration de la biocompatibilité : dépôts sous plasma froid,
amélioration de l’usure-frottement : nitruration CVD assistée plasma avec
diffusion.
Appliquer des traitements de surface n’a de sens que lorsqu’on a choisi
convenablement le matériau de base.
2.1. Implantation ionique
La technique d’implantation ionique, bien connue dans le domaine des matériaux semi-conducteurs peut permettre, si les conditions de traitement sont
convenables, une amélioration des propriétés mécaniques d’alliages tels que les
aciers inoxydables ou de titane[3). Le matériel classique mis en ceuvre est conséquent et fait appel, entre autres, à u n tri des éléments implantés par séparation
magnétique ; on peut aussi utiliser des dispositifs sans séparation de masse
auxquels nous réservons le terme dïncrusteurs ioniques.
L‘élément essentiel est la source d’ions qui peut être une simple source à
décharge luminescente ou une source de type Kaufman :
source à décharge luminescente : utilisation possible de gaz corrosifs, énergie
0-60 keV, courant de faisceau 0-600 ,UA, taille du faisceau 1 cm2 ;
source Kaufman : tous les éléments peuvent être obtenus a partir de gaz non
corrosifs, énergie 50-60 keV, courant de faisceau 5-8 mA, taille du faisceau
15 cm2.
* Travail collectif effectué dans le cadre d’un contrat BRITE-EURAM associant le LMCM de
l’École nationale supérieure des arts et industries de Strasbourg, le laboratoire d‘Étude et
Développement des biomatériaux de Strasbourg, le laboratoire PHASE du CNRS de
Strasbourg, l’université et l’école des Mines de Nancy, l’université de Braunschweig
(Allemagne) et l’université de Porto (Portugal).
( 3 ) Mille P., Comportement mécanique et métallurgique de l’alliage de titane TAW dans le
domaine de la fatigue à grand nombre de cycles - Étude de modifications de surface et application à l’amorçage defissures, Thèse, université Louis Pasteur, Strasbourg ( 1 987).