Durability improvement of total hip joint prosthesis by diamond coating

par Zhor Ahzi

Thèse de doctorat en Biomatériaux et biomécanique

Sous la direction de Yves Rémond et de José Gracio.

Soutenue en 2011

à Strasbourg en cotutelle avec l'Aveiro - Portugal .

  • Titre traduit

    Amélioration de la durabilité des prothèses de hanches par revêtement diamant


  • Résumé

    Chaque année, environ 500000 personnes en Europe. Dont un cinquième en France, sub issent une opération de pose ou de remplacement de Prothèse Totale de Hanche (PTH). Les prothèses de hanche réalisées jusqu'à présenl ne peuvent pas sClVir plus de 15 années. L'objectif principal de cette étude est donc l'augmentation de la longévité des prothèses (» 15 années) par la minimisation voi r, si possible, l'élimination de la formation de débris sur les surfaces de contact d'articulation. Dans notre cas. Le substrat est une tête sphérique en alliage de titane Ti6AI4 V fro ttant contre une cupule en polyéthylène à po ids moléculaire ultra élevé ( UHMWPE). Or, le titane et ses alliages présentent d'assez médiocres performances caractérisées en frottement. Pour remédier à cet effet. On propose un rcvetemcnt de Ti6Al4V par le diamant s)'mhetique en utilisant une nouvelle technique de dépôt chimique à haute température avec modulation du temps (Time modulated CVO - TMCVD). Cependant. Ce revetemcnt présente quelques difficultés dues à la génération des contraintes résiduelles élevées. La spectroscopie de Raman et la diffraction des rayons X (XRD) onl été utilisées pour mesurer ces contraintes résiduelles. Pour réduire les intensités des contraintes résidue lles ct améliorer J'ad hé sion, nous avons utilisé une couche intennédiai re de DLC (diamond like carbon) entre [e substrat Ti6A I4 V ct le diarnond. En fin, pour évaluer les cOJltraintes rés id uel le d'origine thermique. La méthode des éléments finis a été employée pour simuler le procédé de refroidissement des couches minces de diamant déposées sur ['alliage Ti6AI4 V à des températures s'étendant de 600°C à 900 oc.


  • Résumé

    Orthopaedic implants have improved the quality of life for millions of people over the last quarter of a cenlllly. The chnical objective is 10 rclieve pain and increase case ofmovement in the joint. In this work. We focus on hipjoint replacements. The biomaterial used is Titanium alloys (Ti6AI4 V). Coating Ti6AI4 V with diamond makes it one of the promising strategies 10 improve the alloy wear behavior, The main goal of this study is to obtain such coating with high qualily. Unstressed, conti nuous and well-adhered diamond film on Ti6Al4 V using a new process named time modulated CVD (Tr. . 1CVD). This technique is able to produce ultra-hard, smoolh. And good quality diamond films. Nonetheless, satisfactory adherence of diamond coating tilms to Ti6AI4V will be attainable by the use of an interlayer. In order 10 compensale the large interfacial thermal expansion mismatch between the cOining and substrate material. For thi s, we have used OLC (diamond like carbon) as an inlcrlayer material between diamond coatings and Ti6AI4 V substrate. The residual stresses in the diamond lilm were characterized for the cases with and withou! the OLC intcrlayer using scanning cleClron microscopy (SEM), Raman speclroscopy and X-ray diffraction. Lower values of the rcsidual stresses \Vere obtained for the case \Vith DLC interlayer. Finally, a numcri cal simulation \Vas conduclcd to estimate the thermal residual stresses that dcvelop in the diamond film and in the substratc. Ln this. We simulatcd the cooling process from the deposition temperalurc of diamond (600 10 900 oC) 10 room tcmpcralurc The obtaincd results show that the predicted rcsidunl Stresses are of the sarne order as those measurcd experimcntally.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (130 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;0966
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