Etude des phenomenes physico-chimique d'un contact ceramique : metal soumis a des sollicitations mecaniques dans un environnement corrosif

par ALEXIS LOPEZ

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Jean Rieu.

Soutenue en 1992

à Paris, ENMP .

mots clés

Résumé

Des essais de fatigue-corrosion sur des protheses de hanche avec tetes en alumine emmanchees sur des cones en alliage de titane ta6v, dans un environnement physiologique artificiel (solution de ringer), sont a l'origine de cette etude. Dans certains cas, lorsque l'on soumet ces tetes spheriques a un chargement oblique (45 par rapport a l'axe du cone), sinusoidal (50-500 dan a 15 hz), dans une solution de ringer, des fissures apparaissent dans le materiau ceramique au bout de 2 a 3 millions de cycles et conduisent rapidement a la rupture totale des spheres. Des micromouvements se produisant au niveau de l'emmanchement conique sont a l'origine de la degradation ulterieure des pieces. L'objectif de cette etude a ete de determiner les interactions dans le contact ceramique-metal sous de tres faibles deplacements. Un dispositif reproduisant le contact nous a permis de caracteriser son comportement mecanique. Une modelisation par elements finis, s'appuyant sur des resultats experimentaux permet de connaitre la repartition des contraintes dans la sphere et de determiner leurs intensites. Les resultats des calculs etablissent qu'elles sont fonction de l'histoire de chargement et du coefficient de frottement de l'interface. Ce dernier evolue en fonction de l'amplitude de sollicitation. De meme, le taux d'usure du metal suit une loi qui depend du debattement. Par ailleurs, un degagement de gaz provenant du contact et contenant de l'hydrogene est observe pour des fortes amplitudes. Une etude approfondie a ete necessaire pour cerner les mecanismes physicochimiques observes. Elle revele que ce sont conjointement l'amplitude et la frequence qui conditionnent l'usure. Une loi qui s'appuie sur une degradation accrue du metal en presence d'hydrogene en surface et qui s'inspire de travaux sur le fretting-corrosion, est avancee pour decrire l'usure en fonction des parametres: nombre de cycles, frequence et amplitude. Des analyses complementaires sont necessaires pour confirmer les presomptions et preciser les hypotheses avancees

Titre traduit

Study of physico-chemical phenomenous in a ceramic: metal contact undergoing mechanical sollicitations in a corrosive

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