Synthèse et caractérisation électrochimique et tribologique d'un composé nano-structuré à base de titane (Ti-Nb-X) pour applications biomédicales
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Date
2025-01-06
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Publisher
National Higher School of Technology and Engineering. Annaba
Abstract
Notre recherche s'est initialement focalisée sur la synthèse d'un nouvel alliage nanostructuré à base de titane (Ti-Nb-Mo) obtenu par broyage mécanique à haute énergie. Des poudres de Ti, Nb et Mo pures ont été broyées pendant différentes durées (2, 6, 12 et 18 heures), suivies d'une étape de pressage à froid. Les échantillons obtenus sont frittés sous vide ou dans une atmosphère contrôlée. Une étude approfondie est ensuite réalisée pour évaluer l'impact des différentes durées de broyage sur la transformation de phase, la microstructure, les changements de morphologie, ainsi que sur les propriétés optiques, de surface et les performances mécaniques des alliages Ti-Nb-Mo. Cette analyse est menée à l'aide de diverses techniques, notamment la spectroscopie FTIR, la microscopie optique (OM), la microscopie électronique à balayage (SEM) couplée à la spectrométrie dispersive en énergie (EDS), la diffraction des rayons X (XRD), l'analyse UV-VIS, la mesure de la microdureté Vickers, la micro-indentation, ainsi que l'évaluation de la rugosité de surface et de la densité, déterminées respectivement par profilométrie laser et par la méthode d'Archimède. Nous avons ensuite étudié l'évolution des performances tribologiques et des propriétés électrochimiques des échantillons en utilisant un tribomètre CSM sous différentes charges appliquées (2 N, 6 N et 10 N) dans une solution de SBF (9 g/L de NaCl) ainsi qu'un potentiostat. Les mesures de potentiel de circuit ouvert (EOCP), de polarisation potentiodynamique (PD) et de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) ont été systématiquement réalisées dans trois milieux physiologiques distincts : une solution de NaCl à 9 g/L, un fluide corporel simulé (PBS), et une solution de Hank. De plus, la bioactivité de ces alliages a été évaluée en utilisant des échantillons broyés pendant 2, 6, 12 et 18 heures, tous produits par la méthode de broyage mécanique, en vue de leur application dans des prothèses totales de hanche. Les résultats expérimentaux ont montré que les alliages présentent des propriétés structurelles et mécaniques favorables, en particulier ceux broyés pendant 6, 12 et 18 heures, qui démontrent des caractéristiques mécaniques améliorées, des ratios de pores réduits et une microdureté accrue. En outre, les propriétés électrochimiques des alliages Ti-25Nb-25Mo, influencées par le temps de broyage, indiquent une résistance à la corrosion supérieure attribuée à la formation de fortes concentrations de TiO2, Nb2O5 et MoO3 à la surface de l'alliage, ainsi que tous les alliages testés ont montré la formation d'hydroxyapatite à leur surface, ce qui démontre la bonne bioactivité des spécimens produits. De plus, les études tribologiques révèlent qu'une augmentation du temps de broyage améliore la résistance à l'usure et réduit les coefficients de friction, rendant les alliages Ti-25Nb-25Mo adaptés aux applications biomédicales. Ainsi, les résultats de cette étude montrent que l'alliage Ti-Nb-Mo, avec un module élastique réduit, une meilleure résistance à la corrosion et de meilleures performances tribologiques, constitue un matériau viable pour une utilisation potentielle dans des applications biomédicales.