Comportements mécaniques et tribologiques du Ti-6Al-4V traité par implantation d’ions carbone et oxygène multichargés : développement des moyens associés

par Christophe Pierret

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Serge Bouffard.

Soutenue en 2011

à Caen .


  • Résumé

    L’implantation ionique de carbone et d’oxygène dans le titane a pour conséquence d’améliorer certaines de ses propriétés superficielles et peut donc être utilisée comme traitement de surface pour les alliages de titane. Cette étude profite du récent développement d’une nouvelle technologie d’implantation basée sur l’utilisation de micro-accélérateurs de particules qui permettent l’implantation d’ions multichargés (jusqu’au C4+ et O4+). L’objectif de la thèse a été dans un premier temps de réaliser un faisceau d’ions carbone multichargés chimiquement pur à l’aide d’un micro-spectromètre de masse. Les modifications microstructurales induites par l’implantation de ces ions dans Ti-6Al-4V ont été analysées par différentes techniques. Des tests de dureté par nanoindentation et de tribologie ont également été effectués montrant qu’une fluence d’implantation seuil est nécessaire pour obtenir une amélioration significative des propriétés tribologiques. Ces améliorations sont corrélées avec la présence d’amas graphitique et de carbone amorphe. De plus, il a été montré que la présence d’oxygène limite très rapidement les performances tribologiques.

  • Titre traduit

    Mechanical and tribological behaviour of Ti-6Al-4V alloy after multicharged carbon and oxygen ion implantation : Carbon ion beam development


  • Résumé

    Carbon and oxygen implantation into titanium is known to enhance some of its superficial properties (wear, hardness, friction coefficient), and so, can be applied as a powerful surface treatment for titanium alloys. Those investigations were done thanks to a recent technical implantation development. It consists in using tiny particle microaccelerator (consisting of a small ECR ion source) allowing multicharged ion-implantation (up to C4+ and O4+). The aim of the study was, first, to produce multicharged carbon ion beam using a micro mass-spectrometer which had to be designed and developed during this thesis. Microstructural modifications by carbon and oxygen ion implantation into Ti-6Al-4V alloys were investigated. Nanoindentation and tribological measurements were also performed and have revealed a threshold in the implantation fluence range above which tribological properties are increasingly improved. This enhancement is mainly due to the presence of graphitic carbon clusters and amorphous carbon. Moreover, it has been proved that simultaneous oxygen-carbon implantation limits quickly and drastically tribological improvement and hence oxygen should be totally suppress during the carbon implantation process.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (170 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2011-18
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