Elaboration et caractérisation d'alliages de type Ti-Nb-X (X = O, N) pour des applications biomédicales

Synthesis and characterisation of Ti-Nb-X (X = O, N) alloys for biomedical application

¹ INSA Rennes, UMR CNRS 6226 Chimie-Métallurgie, 20 avenue des Buttes de Coësmes, 35708 Rennes, France
² Université de Metz, UNR CNRS 7239 LEM3, Ile du Saulcy, 57012 Metz Cedex, France
³ ENSCP Paris, UMR CNRS 7045 Laboratoire de Physico-Chimie des Surface, 11 rue Pierre et Marie Curie, 75231 Paris Cedex 5, France

Résumé

Dans cette étude, trois alliages de titane β-métastables de composition Ti-27Nb, Ti-24Nb-0.5N et Ti-24Nb-0.5O ont été élaborés par fusion. Ces trois alliages présentent des propriétés superélastiques lors des essais de traction. Des essais de traction in-situ sous rayonnement synchrotron nous ont permis de monter que cette superélasticité est due à une transformation martensitique réversible β → α” bien connue pour deux alliages alors que celui contenant de l'oxygène présente un comportement moins conventionnel. Les températures caractéristiques (M_S, M_F) de la transformation martensitique β (austénite) vers α” (martensite) et celles (A_S, A_F) de la transformation inverse α” vers β ont aussi été déterminées par des essais mécaniques dynamiques. Ces températures caractéristiques augmentent linéairement avec la contrainte externe et cette augmentation suit la relation de Clausius Clapeyron.

Abstract

Ti-Nb based alloys are well known to their good mechanical properties, shape memory effect, superelasticity, as well as good biocompatibility. Our study is focused on the improvement of their mechanical properties by adding alloying element such as oxygen or nitrogen. Superelasticity was drastically improved by addition of a few amount (0.5 at %) of oxygen or nitrogen. Martensitic transformation between the β parent phase (austenite) and α” product phase (martensite), responsible for the superelastic property, has been extensively studied by Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and in-situ tensile test under X-ray synchrotron diffraction.