H/F Proposition de thèse : Effets de traitements thermo-mécano-chimiques sur la microstructure et sur l

Sujet de thèse :
Effets de traitements thermo-mécano-chimiques sur la microstructure et sur la fonctionnalisation de surface par anodisation d’alliages de titane biocompatibles.

Le choix du biomatériau ainsi que sa stratégie de fonctionnalisation de surface sont cruciaux pour garantir à la fois une stabilité mécanique et une biocompatibilité accrue tout en permettant une meilleure adhésion des cellules environnantes à la surface.
Les techniques de fabrication additive métallique trouvent, depuis plusieurs années, un essor important dans la réalisation des pièces à partir de poudres métalliques, et ce dans plusieurs domaines (aérospatial, aéronautique, médical, …). Le procédé de "fusion laser sélective sur lit de poudre" ou LPBF (Laser Powder Bed Fusion) est privilégié dans le secteur médical car il offre la possibilité de réaliser des pièces de géométrie complexe et sur-mesure spécifiquement adaptées à la situation du patient. Les caractéristiques inhérentes à cette technique, comme les fortes vitesses de refroidissement ou la fusion couche par couche, impliquent l’obtention de pièces présentant des propriétés différentes de celles obtenues traditionnellement par usinage, et notamment une surface plus rugueuse pouvant atteindre un Ra de plusieurs dizaines de microns en fonction des paramètres appliqués lors de la fabrication. Des études récentes ont démontré qu’une légère rugosité de surface s’avère intéressante pour favoriser les mécanismes d’adhésion cellulaire dans les conditions in vitro et in vivo. Ces résultats sont plutôt encourageants mais les surfaces des pièces LPBF pourraient être optimisées via des traitements de surface pour renforcer cette adhésion et participer à la réussite de la restauration.
L’état de l’art actuel ne permet pas de statuer sur une solution de traitement de surface idéale mais l’oxydation anodique (ou anodisation) s’avère prometteuse.
L’originalité de ce projet est d’investiguer la fonctionnalisation par anodisation de surfaces smatées d’un alliage complètement biocompatible (TiNb) élaboré de manière in situ en LPBF. Cette méthode d’élaboration nous permettra de moduler la composition chimique et de s’affranchir de la contrainte des nuances de poudres de titane commercialement disponibles.
Ce présent projet doctoral vise ainsi à investiguer un couplage entre deux traitements de surfaces : chimio-mécanique d’une part via un grenaillage ultrasonique (SMAT pour Severe Mechanical Attrition Treatment) et électrochimique (anodisation) d’autre part. Le SMAT permet de modifier la micro-rugosité de surface, ce qui faciliterait la formation et la croissance des nanotubes en surface par anodisation. Le projet permettra également d’explorer une autre piste : la capacité du SMAT à optimiser la chimie de surface en intégrant des éléments favorisant la catalyse et la germination des nanotubes en surface. Enfin, si voie SMAT+anodisation s’avère concluante en termes de fonctionna
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