Soutenance mémoire
Alliage nickel-chrome (Ni-Cr)
INTRODUCTION
Les chirurgiens dentistes utilisent une large variété d’alliages pour les restaurations et les prothèses dentaires. Ces dispositifs métalliques séjournent dans la cavité buccale des patients durant de longues périodes et restent en contact permanent avec la salive, les fluides tissulaires et les organes paraprothétiques. Ils se comportent comme un corps étranger soumis aux processus de corrosion et aux importantes forces occlusales. Leur résistance à la corrosion et leur dureté sont donc importantes. Cependant, l’amélioration de ces propriétés vise, d’une part à optimiser la longévité de l’alliage et d’autre part minimiser le relargage de substances potentiellement toxiques ou allergisantes.
A notre époque, l’analyse et l’amélioration des propriétés des biomatériaux est devenue nécessaire et indispensable. De nombreux laboratoires sont d’ailleurs impliqués dans la recherche de nouveaux matériaux obtenus, généralement, par de nombreux procédés. Parmi eux, nous pouvons citer les procédés de traitements de surface . Les revêtements électrochimiques sont des procédés très utilisés dans la protection et l’amélioration des propriétés superficielles des métaux, telles que la dureté, la résistance à la corrosion, l’usure, la friction et l’abrasion [10, 11,35, 46, 57, 60, 135]. Ces revêtements peuvent être obtenus soit par dépôt chimique sans apport électrique, soit par électrodéposition ou par la technique de dépôt en phase vapeur (P.V.D). Les propriétés de surface du substrat protégé dépendent du processus utilisé. La technique P.V.D, nécessite un équipement spécifique dont le coût est très onéreux, est pratiquée à une température allant de 600 à 900 °C. Une prothèse dentaire d’une épaisseur de 0,8 à 1,5 mm peut donc facilement être affectée dans sa stabilité dimensionnelle. La technique de dépôt électrolytique est soumise aux variations des lignes de champs électriques [139, 144]. Par conséquent, le dépôt chimique dépendra de la forme du substrat et ne peut être homogène pour des formes complexes, telle que la prothèse dentaire. Dans la technique de dépôt chimique sans source extérieure, pratique et nécessitant peu d’équipements a l’avantage majeur d’obtenir un dépôt uniforme sur toute la surface du substrat quel que soit la complexité géométrique de la prothèse dentaire, [125]. Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la modification de surface des alliages dentaires non précieux nickel-chrome (Ni-Cr) et cobalt-chrome (Co-Cr) par le greffage de revêtements du nickel par la technique de dépôt chimique nickel-phosphore (Ni-P) et nickel-phosphoretungstate (Ni-P-W). Ces traitements, faciles à réaliser et d’un grand intérêt pour les praticiens chirurgiens-dentistes, ont pour but de modifier la surface de ces alliages, afin d’améliorer leurs duretés et leurs résistances à la corrosion.
OBJECTIFS :
Les objectifs de cette recherche sont :
– Recherche de bains chimiques pour la réalisation d’un dépôt de nickel sur des substrats nickel chrome et cobalt-chrome dont le prix est moins onéreux que les alliages dentaires précieux (or, palladium).
– Améliorer le comportement électrochimique et la dureté de ces alliages dentaires avec dépôts en milieu buccal.
– Economiser le tissu dentaire lors de la décortication par la réalisation des prothèses fixées plus fines.
– Assurer le confort des patients par des prothèses légères moins volumineuses et moins encombrantes.
– Eviter le polymétallisme qui peut conduire à un effet galvanique en bouche.
CHAPITRE THEORIQUE
COMPORTEMENT DES ALLIAGES DENTAIRES FACE A LA CORROSION EN MILIEU BUCCALE:
Les matériaux métalliques utilisés en dentisterie couvrent un large ensemble allant des métaux purs tels que l’or et le platine (simple solution solide) à des alliages multiphases complexes .
Une des exigences essentielles de tout alliage dentaire est sa parfaite résistance à la corrosion (biocompatibilité) et sa dureté (résistance aux forces occlusales) .
L’environnement buccal à 37°, milieu salin par excellence, additionné d’oxygène, est constamment modifié par différents aliments ou liquides qui peuvent entrer en contact avec les alliages, ainsi que la possibilité de se retrouver en présence de plusieurs alliages de composition différente (polymétallisme : photo 1) favorisant ainsi la formation d’une pile électrochimique (figure 1), ceci constitue un terrain favorable pour la corrosion des métaux et alliages. Cette pile peut se révéler parfois très agressive. En plus la présence des forces occlusales peuvent mettre en cause la dureté de ces alliages et développent une corrosion sous contrainte (Photo 2).
Manifestations cliniques incriminées à la corrosion des alliages dentaires :
Les manifestations biologiques provoquées par la présence de prothèses dentaires, fixes ou amovibles, sont polymorphes et apparaissent à plusieurs stades. Les effets immédiats se traduisent par des symptômes d’hypersensibilisation. La toxicité à moyen terme met en cause les processus de corrosion électrochimique et les manifestations de galvanisme buccal. Les effets à long terme pourraient faire intervenir le potentiel mutagène et carcinogène de certains produits de corrosion, ainsi que la dégradation ou la destruction des éléments prothétiques sous l’effet de la corrosion. Les conséquences de la corrosion des alliages dentaires sont différentes et variables d’un individu à un autre. Le danger est encore plus grand pour les enfants car chez eux la barrière hémato encéphalique n’est pas entièrement développée, ainsi que les patients porteurs de restaurations métalliques et ayant une tendance au bruxisme seraient plus sujets aux conséquences de la corrosion par provocation d’usures au niveau de la surface de l’alliage. Nous pouvons observer plusieurs effets. Les effets de l’électrogalvanisme buccal découlent essentiellement de deux principaux facteurs :
Effets dus à l’apparition de courants électriques ;
Effets dus à la libération des ions métalliques par corrosion
Effets des courants électriques de corrosion :
La symptomatologie la plus fréquemment rencontrée est une sensation électrique qui peut être selon les cas, soit immédiate et aigue, sous forme de « choc électrique » ressenti aussitôt après la mise en place d’une prothèse métallique ou d’une obturation métallique ce qui conduit à la formation d’une pile électrochimique soit au contraire d’apparition plus tardive mais douloureuse et lancinante ou sous forme d’étincelles électriques provoquées par le contact avec une cuillère ou une fourchette métallique lors du repas. Le seuil douloureux est variable et peut aller jusqu’à une valeur d’intensité de courant élevée .
Effets de la libération des ions métalliques par corrosion
Les alliages dentaires sont en principe biocompatibles, mais certaines conditions peuvent entraîner l’apparition de phénomènes de corrosion, ce qui pourrait avoir des effets secondaires. Ces derniers vont se manifester soit par des colorations dentaires ou gingivales, ou par une allergie. En effet, la corrosion de ces alliages va engendrer une libération d’ions dans la cavité buccale et notamment le nickel. L’exposition au nickel est à l’origine de réactions allergiques chez plusieurs personnes surtout par inhalation, ceci représente un risque beaucoup plus pour le technicien du laboratoire lors du dégrossissage que pour le patient. Ces réactions allergiques sont fonction du mode et du degré de corrosion de l’alliage. De plus, la corrosion étant la cause principale de dégradation et de rupture des biomatériaux, il est nécessaire de la minimiser pour assurer la biofonctionnalité à moyen et long terme. Sous l’effet de la corrosion, les restaurations métalliques vont libérer certains de leurs composants à l’état d’ions. C’est cette migration ionique sur les tissus environnants qui serait de nature à déclencher une réaction toxique par interaction entre les produits de corrosion et les tissus biologiques. Les ions libérés pourront être :
soit véhiculés par le sang vers l’émonctoire ;
soit stockés localement dans les tissus voisins (dents, os, muqueuses, gencives).
Des manifestations cliniques peuvent alors y être rattachées dans les deux cas .
Ces pathologies peuvent aller de la plus simple inflammation jusqu’à induire des cancers à plus ou moins long terme. Il faut signaler que ces manifestations sont très rares, les conditions de sensibilisation étant peu favorables, à ce niveau, surtout pour les alliages utilisés à la situation extra-tissulaire (prothèse dentaires amovibles ou fixées, obturations métalliques de dents, appareils d’O.D.F etc.. qui sont réalisés à base des alliages nickel-chrome ou cobalt-chrome) , pour cela nous avons trouvé des difficultés à rencontrer des cas dans notre service durant notre étude, ce qui nous a obligé d’emprunter les photos de différents ouvrages.
Toutefois, bien que ces signes et symptômes soient sérieusement rapportés, aucune relation de cause à effet n’a jamais été clairement établie entre les produits de corrosion des alliages dentaires et les symptômes rapportés [76]. Les réactions d’intolérance signalées dans la littérature sont rares et estimées à moins de 1% dans une étude espagnole de 2008 portant sur 1500 patients [90].
Parmi de nombreux patients qui se plaignent de douleur électrogalvanique, beaucoup sont traités pour d’autres affections et prennent des médicaments (par exemple pour le traitement des pathologies cardiaques, des affections musculo-articulaires et des troubles mentaux). Ces médicaments ont de nombreux effets secondaires (xérostomie, picotements, dysphagie, céphalées, vertiges, nausées, fatigue, dépression et parfois des réactions allergiques), qui font également partie du tableau des affections d’origine électrogalvanique au point de départ buccal.
Selon la miscibilité des atomes à l’état solide :
Les alliages peuvent aussi être classés d’après la miscibilité des atomes à l’état solide. L’alliage le plus simple est celui dans lequel les atomes de deux métaux se confondent dans un même réseau spatial. Sous le microscope les grains de tels alliages ressemblent à ceux des métaux purs, la structure est complètement homogène. Les métaux sont alors dit solubles l’un dans l’autre à l’état solide et cela s’appelle des solutions solides. La plus part des alliages utilisés en dentisterie sont de type à solution solide .
Lorsque deux métaux sont solubles l’un dans l’autre à l’état solide, le solvant est celui des métaux dont le réseau spatial est maintenu et le soluté l’autre métal. L’utilisation des métaux en dentisterie sous forme d’une combinaison en alliage est nécessaire pour répondre aux propriétés physico chimiques exigées par la physiologie et l’environnement buccal [163]. Ce sont les alliages les plus homogènes, les solutions solides, qui résistent en principe le mieux à l’attaque par corrosion électrochimique .
Selon leurs valeurs :
-les alliages précieux ;
-les alliages non précieux [28].
Qualités requises d’un alliage dentaire :
-Dur ;
-Élastique ;
-Résistant à la rupture ;
-Facile à couler ;
-Résistance à la corrosion ;
Caractérisation chimique et différentes méthodes d’analyse de surfaces :
Les phénomènes d’adsorption, d’oxydation et de ségrégation modifient la composition chimique des surfaces, qui diffère alors de celle de la masse. Les nouvelles propriétés de surface qui en résultent peuvent changer radicalement le comportement d’une pièce face aux agressions chimiques. Ainsi, les méthodes de caractérisation chimique des surfaces sont souvent indispensables pour étudier les processus de corrosion [119]. On appelle méthodes d’analyse de surfaces les techniques expérimentales qui donnent une information chimique sur une épaisseur inférieure à 23 nm [45]. Le principe général consiste à envoyer un rayon (électrons, rayon X, ions) qui interagit avec la surface du solide. En réponse, l’échantillon examiné envoie plusieurs rayonnements spécifiques, qui sont détectés et analysés de différentes façons, selon la technique choisie (figure 9) le rayonnement analysé doit provenir d’une zone très proche de la surface, d’une profondeur inférieure à 3 nm [70]. Si les électrons et les ions ne proviennent effectivement que d’une couche aussi faible, les rayons X, en revanche, s’échappent généralement d’une zone beaucoup plus importante, sans perte d’énergie. Le tableau 1 présente quatre des plus importantes méthodes d’analyse de surfaces des métaux [18, 19,80].
CORROSION :
Le plus souvent, la première manifestation tangible de la corrosion est d’ordre visuel, nous constatons le phénomène par sa localisation ou par la modification de l’aspect extérieur de l’objet qu’il affecte [44]. L’étude appliquée aux phénomènes de la corrosion est un domaine de la science des matériaux, qui comporte à la fois des notions de chimie et de la physique [52]. L’importance de l’étude de la corrosion est double. La première est sanitaire et économique. Elle concerne la préservation de la santé humaine et la réduction des pertes de matériels qui résultent de détériorations ou de ruptures soudaines.
de tubulures, des instruments à usage courant (ex. Les instruments médicaux) et les dispositifs médicaux (ex. Les prothèses, implants etc.). La seconde est la conservation appliquée premièrement aux ressources de métal dont les réserves mondiales sont limitées et dont la destruction implique des pertes correspondantes d’énergies et de réserve d’eau accompagnant la production et la fabrication des structures métalliques [68]. Les estimations indiquent qu’à chaque seconde, environ 5 tonnes d’acier sont perdues dans le monde, ce qui représente un coût annuel de 2 % du produit brut mondial [55].
DEFINITIONS :
Corrosion : du latin corrodere qui signifie rongé, attaqué. « La corrosion est une dégradation du matériau ou de ses propriétés par réaction chimique avec l’environnement». Cette définition admet que la corrosion est un phénomène nuisible : elle détruit le matériau ou réduit ses propriétés, le rendant inutilisable pour une application prévue. [54]. Il s’agit là d’un processus spontané et irréversible de destruction ou transformation d’un matériau qui engendre des combinaisons chimiques sous l’effet du milieu ambiant, tout en changeant les propriétés physiques et chimiques du matériau [33].
La corrosion des métaux est une interaction avec leur milieu ambiant qui conduit à la formation, à leur surface, de combinaisons à propriétés nettement différentes de celles du métal en question. Chimiquement, il s’agit là d’une réaction d’oxydoréduction [13, 19, 34, 40, 86]. La corrosion des métaux et de leurs alliages témoigne de leur tendance à revenir à leur état originel de minerais sous forme d’oxydes, sulfures, carbonates, etc., sous l’action des agents atmosphériques.
L’exemple le plus classique de ce type de dégradation est la rouille qui apparait dans les aciers ordinaires en atmosphère humide quand aucune action de protection n’a été entreprise. La corrosion selon l’environnement peut être une corrosion sèche, humide ou biochimique.
Différents types de corrosion :
La corrosion d’un métal ou d’un alliage peut se développer suivant différents processus qui caractérisent chacun un type de corrosion [43].
Corrosion galvanique :
Il s’agit d’une attaque préférentielle de la phase la moins noble d’un alliage comportant deux phases ou de la corrosion pouvant exister entre au moins deux matériaux métalliques placés dans le même environnement. Il y a formation d’une pile de corrosion. En cas de couplage, plus les métaux en présence sont éloignés sur l’échelle galvanique, plus la pile formée dispose d’énergie pour provoquer les transformations. Les phénomènes de corrosion sont amplifiés à la fois dans la cinétique de dégradation et dans la génération d’ions dans le milieu biologique. La partie la moins noble est l’anode et la plus noble est la cathode [160].
Corrosion et dissolution sélective :
Elle se traduit par la perte par corrosion d’un des éléments d’un alliage. L’élément le moins noble de l’alliage va se corroder préférentiellement à l’autre. Ceci peut conduire à une fragilisation ou modifier totalement les propriétés des alliages sur lesquelles ce phénomène
apparaît [20].
Corrosion avec érosion :
Ce type de corrosion agit par l’élimination de la couche de passivation en certains points par abrasion du métal due au mouvement du liquide lui-même ou bien à celui des particules solides qu’il contient, il y a accélération de la corrosion. Il en est de même lorsque deux pièces se déplacent l’une par rapport à l’autre avec développement d’une force de frottement [173].
Méthodes d’études de la corrosion :
Plusieurs méthodes permettent d’apprécier et de mesurer les effets de la corrosion et peuvent se diviser en deux principaux groupes [44] :
-Les méthodes non électrochimiques.
-Les méthodes électrochimiques.
Dans toute étude expérimentale sur la corrosion, il est nécessaire de tenir compte :
-des facteurs en relation avec l’alliage (composition, état structural, état de surface, etc.),
– de la composition et des conditions (température, pH, etc.) du milieu corrosif,
-des méthodes d’estimation des vitesses de corrosion.
Méthodes non électrochimiques :
Méthode gravimétrique ou volumétrique :
C’est une méthode pondérale qui compte parmi les plus anciennes, elle consiste à plonger un échantillon d’alliage de surface bien défini dans un milieu corrosif pendant une durée déterminée, et à mesurer la différence de masse (en mg) en fonction du temps, en relation avec la dissolution anodique ou le dépôt de produit de corrosion [44].
Méthodes optiques :
Les essais optiques consistent à mesurer l’épaisseur des films ou couches de corrosion formées à la surface des alliages et à apprécier l’altération de la microtopographie superficielle par suite de l’attaque corrosive à l’aide d’un microscope optique [43].
Autres méthodes non électrochimiques :
– Méthodes utilisant les rayons X
– Microscopie et diffraction électronique
– Techniques faisant appel aux radios-traceurs
Méthodes d’études électrochimiques :
Les méthodes d’études électrochimiques de corrosion sont basées sur la caractérisation des réactions d’oxydoréduction [16].
Il s’agit de l’étude du tracé des courbes intensité-potentiels ou précisément ce que l’on appelle des courbes de polarisation (courbe de Tafel) à l’aide d’un potentiostat (ou galvanostat) et d’une cellule de corrosion à trois électrodes [54].
Potentiostat :
Un potentiostat est un dispositif électronique de mesure nécessaire pour piloter une cellule à trois électrodes et exécuter la plupart des expériences électroanalytiques. Il permet de tracer les courbes de variation de l’intensité du courant (ou le potentiel) qui circule entre l’électrode à étudier de travail et l’électrode auxiliaire (en platine), en fonction du potentiel (ou courant) imposé à l’électrode à étudier, repéré par rapport à l’électrode de référence. Le potentiel imposé à l’alliage est fourni par le potentiostat, il varie linéairement en fonction du temps. Au début des expériences, l’alliage constitue la cathode de la cellule électrochimique. Le potentiel qui lui est imposé devient de plus en plus positif si bien qu’à partir d’un certain potentiel, l’échantillon se transforme en anode de la cellule
Méthodes d’études électrochimiques : Les méthodes d’études électrochimiques de corrosion sont basées sur la caractérisation des réactions d’oxydoréduction [16]. Il s’agit de l’étude du tracé des courbes intensité-potentiels ou précisément ce que l’on appelle des courbes de polarisation (courbe de Tafel) à l’aide d’un potentiostat (ou galvanostat) et d’une cellule de corrosion à trois électrodes.
Equipements ou Matériel d’études électrochimiques
Potentiostat :
Un potentiostat est un dispositif électronique de mesure nécessaire pour piloter une cellule à trois électrodes et exécuter la plupart des expériences électroanalytiques. Il permet de tracer les courbes de variation de l’intensité du courant (ou le potentiel) qui circule entre l’électrode à étudier de travail et l’électrode auxiliaire (en platine), en fonction du potentiel (ou courant) imposé à l’électrode à étudier, repéré par rapport à l’électrode de référence.
Le potentiel imposé à l’alliage est fourni par le potentiostat, il varie linéairement en fonction du temps. Au début des expériences, l’alliage constitue la cathode de la cellule électrochimique. Le potentiel qui lui est imposé devient de plus en plus positif si bien qu’à partir d’un certain potentiel, l’échantillon se transforme en anode de la cellule [16].
TRIBOLOGIE :
Le terme tribologie (du grec tribein = frottement et logos = étude) est récent (1966). Les notions de frottement et usure remontent, cependant, à la plus lointaine antiquité et ont accompagné les progrès de l’humanité. Les hommes primitifs ont façonné par frottement et usure les pointes acérées de leurs outils [121].
La tribologie est une discipline regroupant sciences et technologie. La tribologie se caractérise par son interdisciplinarité et fait appel à de nombreuses sciences fondamentales telles que physique, chimie, mécanique des solides, mécanique des fluides, science des matériaux [48]. Elle s’intéresse aux interactions entre surfaces en contact, à leurs causes, à leurs effets et aux moyens de les amplifier ou de les réduire, la tribologie traite des problèmes de contact, de frottement, d’usure et de lubrification. Ils contribuent au fonctionnement des liaisons entre solides que ce soit dans les systèmes vivants ou dans les machines, dans les mécanismes les plus élémentaires comme les plus complexes [184]. La plupart de ces phénomènes peuvent se comprendre sur la base des lois du frottement, à partir de la notion de coefficient de frottement. L’origine du frottement fait intervenir une multitude d’ingrédients, couvrant un spectre très large de phénomènes physiques : rugosité des surfaces, élasticité, plasticité, adhésion, lubrification, thermique, usure, chimie des surfaces, humidité, etc. [17]. Un tribomètre est un appareil utilisé pour mesurer en particulier le coefficient de frottement entre deux surfaces en contact [183].
METHODES D’ANALYSE DE SURFACES
Analyse par la spectroscopie de photoélectrons induits par rayon X ou XPS (Xray photoelectron spectroscopy) : Cette technique fait partie des techniques très avancées dans la caractérisation de la surface des solides, elle permet en effet d’explorer la nature chimique qualitative et quantitative d’un solide de son extrême surface [119]. Bien que les rayons X pénètrent profondément la matière, seuls les éléments présents à l’extrême surface (50 Å) sont détectés par spectroscopie XPS [51].
MATERIAUX ET METHODES
MATERIAUX :
Le grand nombre d’alliages dentaires en perpétuelle croissance sur le marché nous a posé problème quant au choix des alliages à étudier et ce malgré le faible écart de concentration qui existe entre les différents principaux éléments constituant ces alliages [158]. Afin d’être le plus complet possible nous avons choisi pour notre étude deux alliages (d’une firme confirmée : BEGO) qui représentent toutes les familles d’alliages à base de Nickel-Chrome et de CobaltChrome utilisés en odontologie où figurent aussi ceux commercialisés en Algérie.
2- METHODE :
2-1-Analyse de la composition des alliages (substrat) :
Avant l’usage des alliages à étudier, nous avons procédé à l’analyse de leurs compositions chimiques. La composition chimique a été déterminée par spectrométrie à absorption atomique à l’office National de la Recherche Géologique et Minière (O.R.G.M BOUMERDES) par un SPECTROMETRE VARIAN AA240 en deux phases :
La première analyse a été faite avant la coulée des alliages sous forme de masselottes.
La deuxième après la coulée sous forme d’échantillons afin d’apprécier les éventuelles changements dans la composition de nos alliages.
Ces analyses ont été réalisées selon les modalités d’essais suivantes :
– Seuil de détection de l’ordre de 0,05%
– Teneur exprimée en pourcentage (%)
– Méthode de préparation utilisée (certifié ISO 9000-2001 par l’organisme certificateur VINCOTTE International)
– Etalonnage par des standards internationaux.
Préparation des maquettes en cire :
Forme circulaire :
Pour obtenir les maquettes circulaires en cire, nous avons usiné par tournage dans une plaque d’aluminium plate de 02 mm d’épaisseur, trois trous cylindriques de 14,5 mm de diamètre, ces cylindres présentent des parois légèrement tronconiques formants un angle de 2° par rapport à la verticale afin de faciliter le retrait de maquettes en cire après refroidissement. La cire en fusion est alors coulée dans les trous et laissée à l’air libre jusqu’à sa solidification complète. C’est à ce moment-là que les maquettes sont extraites des moules après avoir éliminé les excès. Une fois retirées du moule, un anneau sera fixé au niveau de leur épaisseur par la cire collante à l’aide d’une tige de coulée de 01 mm de diamètre pour les suspendre dans le bain chimique.
Mise en revêtement :
L’obtention des échantillons a été assurée par la coulée des alliages selon la technique de cire perdue [148, 153, 167]. Les échantillons ont été préparés sous forme de maquettes en cire qui ont été encastrée dans un cylindre métallique à l’aide d’un matériau réfracteur (revêtement). Les maquettes en cire ont été disposée de la même façon et à égale distance du bord du cylindre et de son sommet, c’est-à-dire qu’elles se situent à égale distance du centre thermique du cylindre pour qu’elles soient coulées dans les mêmes conditions. Des évents ont été ménagés pour parfaire la qualité de la coulée des alliages. Les maquettes en cire ont été fixée avec les tiges de coulée sur le socle d’un cylindre métallique de manière à laisser un espace d’au moins 05 mm avec le bord et la limite supérieure de ce dernier, puis recouvrir les maquettes d’une fine couche de liquide mouillant (ex. l’aurofilm) et sécher à la soufflette. Les éprouvettes sont coulées au minimum en nombre de quatre et réparties comme suit :
– 1èr comme échantillon témoin ;
– 2ème pour l’étude de la corrosion ;
– 3ème pour l’étude de la dureté ou l’étude Tribologique ;
– 4ème pour déterminer l’épaisseur du dépôt en microns.
Le revêtement qui a été utilisé pour la coulée des alliages Nickel Chrome et Cobalt Chrome est celui recommandé pour les alliages à haute température de fusion à liant Phosphate et de même marque que les alliages. Ce revêtement a été préparé à l’aide d’eau distillée selon les recommandations exigée par le fabricant (40 ml de liquide pour 160 g de poudre, et un malaxage vigoureux pendant 60 secondes). Le temps de prise du revêtement après son malaxage est au minimum de 30 mn, puis le cylindre peut être placé dans un four de préchauffage.
Polissage au micron :
Après nettoyage de l’échantillon dans un bac à ultrasons avec l’éthanol, le polissage au micron sera effectué à l’aide des draps de polissage et les pâtes diamantées (polissage à l’alumine ou au diamant). Cette pâte contient de l’alumine présentée sous forme de pâte ou suspension. Ce polissage sera réservé pour les échantillons qui sont destinés à la caractérisation sans dépôt chimique. Ce polissage au micron est réalisé selon le même principe que le polissage par les disques en carbure de silicium avec une vitesse plus réduite de 150 tour par minute et sous irrigation à l’aide d’une pissette par l’eau bidistillée. Cette opération passe par trois plateaux interchangeables sur lesquels sont collés des draps imprégnés de pâte diamantée de granulométrie différente pour chacun d’eux selon une chronologie décroissante de la plus grosse granulométrie au plus petite 06, 03 et 01µ. Les échantillons sont présentés successivement sur chacun des draps. Avant de passer d’un plateau à l’autre, c’est-à-dire du plus grand (06 µ) au plus fin (01 µ), il est impératif que l’échantillon subisse un nettoyage aux ultrasons dans l’éthanol pour éviter d’inclure des grains du drap précédent sur le suivant [46, 118]. Pendant le polissage, il est nécessaire d’humidifier en permanence le drap avec une solution lubrifiante alcoolisée (cette solution évite son usure) et d’irriguer modérément avec une pissette qui contient l’eau bidistillée
Immersion de l’échantillon :
Après le dégraissage et le décapage, à l’aide du fil non conducteur l’échantillon sera suspendu dans le bécher qui contient la solution du dépôt chimique. Cette position va nous permettre l’obtention d’un revêtement homogène et uniforme au niveau de toutes les faces de la pièce à revêtir [117]. A ce moment nous observons immédiatement à quelques minutes après (5 au maximum) le dégagement des bulles d’air dans la solution à partir de la surface du substrat. Ceci signifie que le revêtement chimique a commencé sa formation par la précipitation des atomes du Nickel et du Phosphore ainsi que celles du tungstène pour le bain Ni-P-W sur la surface du substrat. Le déclanchement d’un dépôt chimique n’est possible que si nous respectons certaines conditions opératoires qui sont spécifiques et différents d’un bain à l’autre. Ces conditions sont le pH, la température et le temps d’immersion [176, 177, 178, 180, 181] (tableau 12).
Au cours de ce travail, le modèle de MEB utilisé est le JEOL JSM 7500F, pour l’obtention de l’image topographique et du spectre EDX. La qualité des images obtenues en microscopie électronique à balayage dépend grandement de la qualité de l’échantillon analysé. Idéalement, celui-ci doit être absolument propre, si possible plat et doit conduire l’électricité afin de pouvoir évacuer les électrons. Il doit également être de dimensions relativement modestes, de l’ordre de 1 à 2 cm2 . Toutes ces conditions imposent donc un travail préalable selon les protocoles opératoires suivants :
-Nettoyage des échantillons dans un bain à ultrasons à l’aide de l’éthanol pendant 15 mn,
-Séchage à l’azote,
-Protections des échantillons dans des boites hermétiques sans les toucher à la main afin d’éviter toute contamination,
-Vérification de tous les paramètres de l’équipement,
-Les mains gantées nous allons procéder au choix du porte-échantillon selon la forme de nos substrats,
-À l’aide d’un adhésif à double face nous fixons nos échantillons (le nombre en fonction des dimensions des échantillons), la face à analyser doit être orientée vers le haut,
-Positionner le porte-échantillon sur son support, fermer le portier et presser sur le bouton qui nous permettra de créer le vide absolu,
-Transférer l’échantillon à l’aide de la canne de transfert dans la chambre des observations,
-Positionnement de la face à analyser à la hauteur préconisée par l’équipement (8 mm par rapport à l’objectif),
-La mise au point de l’objectif du plus petit agrandissement au plus grand jusqu’à l’obtention d’une image nette à 5000 fois, cette dernière sera enregistrée,
-Une numérisation (mapping) sera appliquée afin d’analyser la composition chimique de la face à étudier.
Le résultat du mapping et l’image seront transférés sous forme d’un dossier électronique qui peut être traité par un logiciel approprié de traitement des photographies et des spectres M.E.B (E.D.X).
Mesure des empreintes :
Il est à signaler que la présence d’oxydes, la mauvaise orientation et la rugosité trop élevée de la surface de l’échantillon peuvent influencés de façon significative les résultats, pour cela nous avons veillé avant chaque test de bien nettoyer nos échantillons à l’aide d’un bac à ultrason et l’éthanol pendant 10 mn et de placer la face à analyser selon un plan horizontal, afin de permettre l’application d’une pression verticale de l’indenteur et ainsi éviter une mauvaise orientation de l’empreinte. Pour l’obtention d’une orientation horizontale de la face du substrat, nous avons deux possibilités, soit par un polissage avec le papier abrasif de grade 180 de la face opposée à la face à analyser afin de la rendre plate et parallèle. Soit de placer une plaque en verre bien propre sur un plan horizontal (paillasse du laboratoire ou un plan de travail). La face à tester sera placée contre cette plaque, ensuite à l’aide d’une autre plaque plate perforée en plastique dure (porte tubes d’essais) une noix de pâte à modeler souple sera placée bien centrée par rapport à notre échantillon et en appliquant une légère pression qui va nous permettre de fixer l’échantillon à la plaque perforée selon un plan horizontal. Lors du test, l’échantillon sera placé bien centré par rapport aux objectifs (X 10) du microscope optique incorporé au microduromètre. Une mise au point jusqu’à l’obtention d’une image nette du substrat est alors nécessaire. À ce stade nous ouvrons le logiciel de calcul. Après l’enregistrement des paramètres d’essai (charge, temps), il faut choisir sur la face le site (point) où doit s’appliquer la force, à ce moment un simple clic sur l’icône apply (applique) l’indenteur descend automatiquement sur l’échantillon et exerce une pression en fonction des paramètres sélectionnés. La durée normale d’application de la charge d’essai pour les aciers est de 10 à 30 secondes. Nous avons opté pour un temps moyen de 15 secondes dans les deux cas. Ce choix est justifié pour que la durée, ne soit pas très courte et l’empreinte ne sera pas très petite et difficile à analyser, ni très longue provoquant une pénétration importante de l’indenteur dans l’échantillon [66]. A la fin du temps écoulé, l’image de l’empreinte de l’indenteur sur le substrat sera bien visible sur l’écran et il suffit de mesurer les diagonales d1 et d2 grâce à un curseur commandé par la souris du PC pour obtenir automatiquement la valeur de l’indice de la dureté Vickers grâce au logiciel C.A.M.S. Testing.
RESULTATS ET DISCUSSION
RESULTATS
Détermination des conditions de dépôts chimiques : De nombreux auteurs [27,36, 136, 168, 176, 177,] montrent que plusieurs paramètres influent sur l’activité des bains chimiques et les propriétés de leurs dépôts sur les substrats.
Les principaux paramètres, au nombre de sept, cités par les auteurs sont :
– La composition chimique du substrat,
– La composition chimique du bain,
– Le Potentiel Hydrogène ou pH,
– La température,
– Le temps d’immersion,
– L’état de surface du substrat,
– L’activation de la surface du substrat.
Dans le but de déterminer les meilleurs paramètres de dépôts, notre premier objectif est l’étude de l’influence individuelle de chacun de ces paramètres tout en fixant les six autres.
Cela a nécessité plus de cinq cent (500) essais et environ une année de recherche.
Composition chimique des substrats :
La connaissance de la composition chimique du substrat (alliage dentaire Ni-Cr et Co-Cr), est nécessaire pour le choix et la préparation du bain et l’élaboration du dépôt chimique. Les compositions chimiques de nos deux substrats ont été déterminées par analyse spectrométrique à l’Office National de la Recherche Géologique et Minière (O.N.R.G.M de Boumerdès). Les résultats obtenus montrent de très légères différences entre les compositions des alliages avant et après leurs coulées et celles notifiées par le fabricant. Dans la pratique dentaire, les prothèses sont conçues par des alliages coulés. Pour réaliser notre étude et se rapprocher de la réalité clinique, nous nous sommes basés sur les compositions chimiques des alliages après la coulée, tableaux (14 et 15).
Nettoyage de la surface du substrat après polissage :
L’une des conditions primordiales pour réussir un dépôt chimique est la propreté du substrat. Il est donc impératif d’éliminer toute trace de graisses à sa surface. Ces dernières peuvent jouer le rôle d’isolants et par conséquent entraver l’activation de la surface du substrat pour l’échange des ions et diminuer l’adhésion du dépôt. Selon certains auteurs [51, 57, 125 et 141], avant tout revêtement chimique, nous devons respecter les étapes de nettoyage suivantes :
– Dégraissage à l’éthanol durant 15 minutes dans un bac à ultrasons, puis rinçage à l’eau distillée et séchage à l’azote.
– Nettoyage dans une solution alcaline à base d’hydroxyde de sodium (NaOH) concentré pendant 20 minutes à 80 °C, puis rinçage à l’eau distillée et séchage à l’azote.
Après ces deux opérations, nos échantillons peuvent être utilisés directement pour les dépôts chimiques après activation. Soit ils peuvent être conservés dans une boite hermétique pour une application ultérieure afin d’éviter toute contamination qui empêcherait son activation et l’adhésion du revêtement.
Activation de la surface du substrat :
L’activation de la surface du substrat doit se faire avant son immersion dans le bain chimique pour éliminer toute trace d’oxydes qui entravent l’échange des ions entre le bain et la surface. Cette activation est assurée par un acide fort tel que l’acide sulfurique (H2 SO4) à 99 % ou l’acide chlorhydrique (H Cl) à 35 ou 37 %.
Les alliages dentaires ont un pouvoir instantané de s’oxyder et passer à la passivation. Ceci nous oblige après l’activation de rincer rapidement le substrat à l’eau distillée afin d’éliminer les traces de l’acide activant pour conserver le pH du milieu et le plonger immédiatement dans le bain chimique.
Réalisation des dépôts :
Les alliages dentaires Ni- Cr et –Co-Cr développent rapidement une fine couche passive à leur surface. Pour cela, lors de la réalisation des dépôts chimiques, il est impératif d’immerger immédiatement le substrat activé et rincé rapidement à l’eau distillée pour éliminer la trace de l’acide activant afin de conserver le pH recommandé du milieu.
Nous avons mis en œuvre trois variantes de bains chimiques (Ni-P1, Ni-P2 et Ni-P-W : tableaux 06, 07, et 08). Le temps d’immersion est maintenu constant (60 minutes). Par contre, on fait varier la température et le pH de la solution lors de la réalisation du dépôt (tableau : 12). Ce temps d’immersion, permet de limiter l’évaporation de l’eau et de maintenir l’équilibre du bain, et d’atteindre l’épaisseur recherchée (15 à 20 µ).
Caractérisations :
Tests d’adhésion des dépôts :
Nous avons procédé du test le plus simple qui consiste à plonger l’échantillon dans un bac à ultrasons au test le plus dur (choc thermique) qui consiste à mettre l’échantillon dans un four à une température de 250 °C pendant 30 minutes puis le plonger immédiatement dans un récipient contenant de l’eau froide.
Le nombre d’essais réalisés pour trouver les bons paramètres d’adhérence est beaucoup plus important dans le cas du substrat Co-Cr que dans le cas du substrat Ni-Cr. Ceci s’explique par la composition du bain riche en Nickel. De même le nombre d’essais réalisés avec le bain Ni-P-W est plus important que ceux avec le bain Ni-P. ceci peut s’expliquer par la présence du tungstène dans le bain.
Analyse par profilomètrie mécanique :
Cette technique consiste à balayer la surface à analyser à l’aide d’une pointe servant
de palpeur d’un profilomètre de marque Veeco. La position de la pointe est enregistrée et
retranscrite sur l’écran d’un PC relié au profilomètre à l’aide d’un logiciel DekTac 32.
La rugosité peut alors être déterminée.
La détermination de l’épaisseur d’un dépôt est également possible. Pour ce faire, un masque réalisé par un adhésif spécial résistant à la chaleur est posé sur la surface (photo 93 et 95) et le dépôt chimique est déposé sur la partie non couverte avec différents temps d’immersion. Ce qui permet d’apprécier ainsi l’influence de ce dernier. Le masque est ensuite retiré et un balayage est effectué en incluant aussi bien la partie sans dépôt que la zone où se trouve le dépôt. L’épaisseur du revêtement est alors calculée.
Rugosité :
Les techniques actuelles de polissage des prothèses dentaires ne sont pas aussi performantes que le polissage mécanique réalisé sur une polisseuse. Dans le but d’étudier l’influence du mode de polissage sur la résistance à la corrosion, nous avons procédé à la caractérisation électrochimique de deux groupes d’échantillons. Le premier groupe a été poli sur la polisseuse jusqu’au papier abrasif de grade 800 et le deuxième poli manuellement à l’aide d’un tour suspendu, en suivant le protocole de polissage de la technique couramment utilisée en prothèse dentaire (meulette, brosse, etc.) sans l’utilisation des cupules en caoutchouc et la pâte à polir qui peuvent provoquer une inhibition de l’activation du substrat.
Essai tribologique :
Des essais tribologiques sont menés pour s’assurer de l’adhérence des dépôts, étudier le comportement de nos échantillons face à l’usure et calculer le coefficient cinétique de friction des substrats selon le type de revêtement. Ce dernier est inversement proportionnel à la résistance à l’usure (dureté de la surface). Autrement dit, le plus faible coefficient de frottement correspond à la plus forte résistance à l’usure.
Le tribomètre utilisé est un « CSM instruments Model Xsoftwere », il permet d’appliquer sur la surface du substrat une force de translation ou de rotation. Nous avons choisi l’application de la force de rotation pour faire subir aux substrats des forces similaires à la mastication humaine qui est une combinaison entre deux mouvements, l’un à prédominance horizontale qui est le broiement et l’autre à prédominance verticale qui est le hachement. L’indenteur utilisé est une bille en alumine. Ceci se justifie par la texture de ce matériau qui se rapproche le plus de la texture de l’émail dentaire.
Nous avons appliqué la plus faible charge de 1 N pour que la rayure de l’usure ne dépasse pas l’épaisseur des dépôts et le résultat ne soit pas influencé par le type de substrat. Les coefficients moyens de frottement sont représentés dans le tableau 50. Les résultats montrent que le plus faible coefficient de frottement est enregistré par le dépôt Ni-P-W qui est de l’ordre de 0,149 sur les deux substrats Ni-Cr et Co-Cr. La présence de Tungstate dans la composition du dépôt Ni-P-W semble contribuer à lui procurer une meilleure résistance à l’usure. Les valeurs du coefficient de frottement pour les deux autres types de dépôts selon un ordre croissant sont 0,172 pour le dépôt Ni-P2 et 0,222 pour le dépôt Ni-P1. Les valeurs du coefficient de frottement des deux substrats sont, pour le Co-Cr 0,252 et pour le Ni-Cr 0,337, ils sont plus élevés que ceux des dépôts. Après les essais tribologiques, les échantillons ont subi une analyse profilométrique pour calculer la profondeur de la rainure laissée par l’indenteur sur la surface des échantillons. Nous avons obtenu une valeur qui varie entre 1,2 à 1,5 micron, ce qui signifie que l’indenteur n’a pas dépassé l’épaisseur de nos dépôts (15 à 20 microns).
Les conditions de préparation des bains telles que le pH, la température et le temps d’immersion sont successivement déterminées après plusieurs essais. En effet, dans la plupart des publications consultées, le pH préconisé pour les bains Ni-P est acide tandis que celui préconisé pour les bains Ni-P-W est basique.
Ordine [136] a montré le rôle du pH dans l’incorporation du phosphore et la réduction des ions Ni2+. Ses résultats montrent que pour un pH égal à 1.5 la réduction du Ni2+ est très défavorable par rapport à un pH égal à 4.
L’ajustage du pH est réalisé par le NaOH pour le rendre plus alcalin [87, 171 et 185] et par l’acide acétique pour le rendre plus acide [36 et 125]. Pour les bains Ni-P, les valeurs du pH appliquées par certains auteurs varient de 4.5 [37 et 38 et 186] à 6.5 [141]. Dans notre cas, nous avons obtenu la réduction des ions N2+ avec un pH égal à 4.8 pour le substrat Ni-Cr. Pour le substrat Co-Cr le pH est égal à 6 dans le bain Ni-P1 et à 5.5 dans le bain Ni-P2. Pour les bains Ni-P-W, les pH utilisés varient de 8 [171 et 185] à 9.5 [108, 110, 112 et 113]. Dans notre cas, nous avons utilisé un pH égal à 8. Les températures des bains appliquées selon les publications, varient de 70 pour les bains Ni-P-W [78 et 87] à 92 °C pour les bains Ni-P [108, 110, 112 et 113]. La température du bain Ni-P-W que nous avons utilisée est de 70°C dans le cas du substrat Ni-Cr et de 80°C dans le cas du substrat Co-Cr. Celle des bains Ni-P utilisées est de 90°C pour les deux substrats. Ces choix sont fixés après avoir constaté qu’une température au-dessous de 70°C ne donne aucune réaction et qu’au-dessus de 90°C provoque une désintégration rapide du bain.
Le bain Ni-P-W est beaucoup plus sensible à l’augmentation de la température que les bains Ni-P. Selon Merati [125] ceci est dû à la présence de sodium tungstate qui se transforme très rapidement sous l’effet de la température en oxyde de tungstène qui se précipite au fond du bécher provoquant la désintégration du bain en laissant un lie noirâtre.
Dans le cas du substrat Co-Cr polis manuellement et en présence de la solution NaCl, les trois dépôts chimiques montrent une diminution de la densité de courant ainsi qu’un déplacement du potentiel de corrosion dans le sens anodique, particulièrement pour le dépôt chimique Ni-P1. Après l’étude électrochimique, les observations au MEB de nos dépôts Ni-P-W et Ni-P montre une corrosion par piqûration, en accord avec Liu [110 et 113] et Zuleta [186]. Shu [161] a conclu que la résistance à la corrosion d’un seul dépôt est meilleure que celle des dépôts bicouches.
Selon De March [47] les densités de courants de corrosion des alliages dentaires varient de 1 à 10 µA/cm2 dans la salive A de Fusayama. Notre étude électrochimique, nous permet de constater que les trois dépôts chimiques mis en œuvre n’ont pas amélioré la résistance à la corrosion, dans le cas des substrats ayant subi un polissage mécanique. Par contre, dans le cas des substrats polis manuellement, les résultats sont très prometteurs et le dépôt Ni-P1 (haute teneur en phosphore) est le plus avantageux. Toutefois, il est plus que nécessaire d’améliorer les techniques de polissage actuelles de nos prothèses pour obtenir des surfaces moins rugueuses. Il est à souligner que dans le cas des plaques palatines, il est préférable de préconiser les plaques lisses au lieu des plaques granitées.
CONCLUSION
L’odontologie du futur laisse espérer une diminution progressive de l’usage des restaurations métalliques au profit des restaurations esthétiques faisant appel aux composites et céramiques. Malgré les critiques qui ne cessent d’accroitre sur le comportement des alliages, après leurs incriminations par des manifestations cliniques très néfastes suite à des études généralement prospectives, néanmoins, les praticiens d’aujourd’hui doivent encore largement composer avec le métal, ne serait-ce que dans le domaine en plein essor de l’implantologie et tant que les matériaux cosmétiques n’ont pas encore atteint la dureté espérée des alliages. L’évaluation des processus de corrosion électrochimique et de dureté fait partie du cahier des charges de tous les alliages à usage dentaire. L’amélioration des propriétés physicochimiques de ces alliages a été notre motivation principale pour l’application des dépôts chimiques Ni-P et Ni-P-W. Ceci après avoir consulté plusieurs publications dans le domaine qui confirment l’augmentation de la résistance à la corrosion et la dureté de nombreux alliages par ces dépôts. Le lien entre les données issues des tests de résistance à la corrosion et à l’usure apportent une contribution prépondérante, tant dans l’élaboration, qu’au cours de la mise en œuvre clinique et de la pérennité de ces artifices prothétiques. A l’issue de ce travail, plusieurs conclusions peuvent être tirées. Premièrement : dans les alliages dentaires nickel-chrome (Ni-Cr) et cobalt-chrome (Co-Cr), lorsque les composant chimiques essentiels en nickel et cobalt répondent à des concentrations variant de 60 à 67 % et en chrome de 20 à 30 %, ces alliages seront hautement protégés contre la corrosion et auront une résistance mécanique suffisante pour supporter les charges occlusales même étant sans revêtement chimique à condition que le polissage de l’armature soit parfait. Les techniques de polissage des prothèses dentaires actuelles qui sont mises en œuvre ont montré leurs grandes défaillances face au polissage mécanique. Ceci, nous oblige de mettre parmi nos perspectives le développement de cette technique. Deuxièmement : lors de l’application des dépôts chimiques, l’adhérence nécessite une très légère rugosité de la surface. Pour cela, il faut s’arrêter au papier abrasif de grade 800. Cette rugosité sera légèrement augmentée par l’acide activant afin d’avoir une adhérence suffisante, combinée par une liaison chimique et mécanique. Troisièmement : les dépôts chimiques appliqués nous permettent d’avoir une épaisseur qui varie de 15 à 20 microns. Cette épaisseur est largement suffisante pour améliorer les propriétés de nos substrats.
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Table des matières
I- INTRODUCTION
II- OBJECTIFS
III- TABLE DES ABREVIATIONS
IV- CHAPITRE THEORIQUE
1- COMPORTEMENT DES ALLIAGES DENTAIRES FACE A LA CORROSION
EN MILIEU BUCCALE
1-1- Rappel sur le milieu buccal
1-2- Manifestations cliniques incriminées à la corrosion des alliages dentaires
1-2-1- Effets des courants électriques de corrosion
1-2-2- Effets de la libération des ions métalliques par corrosion
1-2-2-1- Troubles du goût (Agueusie ou dysgueusie)
1-2-2-2- Douleurs
1-2-2-3- Trouble de débit salivaire (Hypo ou Hypersalivation)
1-2-2-4- Toxicité
1-2-2-5- Pigmentations gingivales
1-2-2-6- Ulcération en rapport avec un couplage métallique
1-2-2-7- Leucoplasie linguale en regard d’une prothèse en acier
1-2-2-8- Manifestations à distance
1-3- Conclusion
2- ETATS DE LA MATIERE
2-1- Liaisons atomiques
2-1-1- Liaisons primaires
2-1-2- Liaisons secondaires
2-2- Distance interatomique
2-3- Structure de la matière
2-3-1- Structure cristalline
2-3-2- Structure non cristalline
3- ALLIAGES DENTAIRES
3-1- Définition
3-2- Classification
3-2-1- Selon le nombre des constituants
3-2-2- Selon la miscibilité des atomes à l’état solide
3-2-3- Selon leurs valeurs
3-3- Qualités requises d’un alliage dentaire
3-4- Diagramme d’équilibre (constitution)
4-SURFACE ET INTERFACE
4-1- Définition
4-2- Énergie de surface
4-3- Effets de la tension superficielle et l’énergie de surface
4-3-1- Diffusion
4-3-2- Adhérence
4-3-2-1- Mécanismes d’adhésion
4-3-2-1-1- Adhérence mécanique
4-3-2-1-2- Adhérence chimique
4-3-2-1-3- Adhésion dispersive
4-3-2-1-4- Adhérence électrostatique
4-3-2-1-5- Adhésion de diffusion
4-3-3- Mouillage
4-3-3-1- Angle de contact
4-4- Caractérisation chimique et différentes méthodes d’analyse de surfaces
5- CORROSION
5-1- Définitions
5-2- Différents types de corrosion
5-2-1- Corrosion chimique ou corrosion sèche
5-2-2- Corrosion électrochimique ou corrosion humide
5-2-3- Corrosion biochimique
5-3- Morphologie ou différentes formes de corrosion
5-3-1- Corrosion uniforme ou généralisée
5-3-2- Corrosion localisée
5-3-3- Corrosion par piqûre
5-3-4- Corrosion intergranulaire
5-3-5- Corrosion intracristalline
5-3-6- Corrosion caverneuse
5-3-7- Corrosion galvanique
5-3-8- Corrosion et dissolution sélective
5-3-9- Corrosion avec érosion
5-3-10- Corrosion sous contrainte et fatigue-corrosion
5-4- Différents facteurs de la corrosion
5-4-1- Concentration du réactif
5-4-2- Potentiel hydrogène (pH) du milieu
5-4-2-1- Etat de passivité
5-4-2-2- Etat d’activité
5-4-2-3- Etat d’immunité
5-4-3- Etat de surface
5-4-3-1- Caractéristiques cristallographiques
5-4-3-2- Caractéristiques chimiques
5-5- Etude de la corrosion
5-5-1- Mécanisme de la corrosion
5-5-1-1- Réaction d’oxydo-réduction
5-5-1-2- Potentiel d’oxydo-réduction
5-5-1-3- Pile électrochimique ou pile de corrosion
5-5-1-4- Cinétique de corrosion
5-6- Méthodes d’études de la corrosion
5-6-1- Méthodes non électrochimiques
5-6-1-1- Méthode gravimétrique
5-6-1-2- Méthodes optiques
5-6-1-3- Autres méthodes non électrochimiques
5-6-2- Méthodes d’études électrochimiques
5-6-2-1- Equipements ou Matériel d’études électrochimiques
5-6-2-1-1- Potentiostat
5-6-2-1-2- Cellule électrochimique
5-6-2-2- Méthode Potentiodynamique
5-6-2-3- Méthode Galvanodynamique
6- ESSAIS DE DURETE
6-1- Essais Vickers (HV)
6-2- Essais Brinell (HB)
6-3- Essais Rockwell (HR)
6-4- Essais Knoop (HK)
6-5- Microdureté
7- TRIBOLOGIE
8- METHODES D’ANALYSE DE SURFACES
8-1- Analyse par la spectroscopie de photoélectrons induits par rayon X OU XPS
(X-ray photoelectron spectroscopy)
8-2- Analyse par la microscopie électronique à balayage (MEB OU SEM)
8-3- Analyse par spectrométrie à absorption atomique
V- CHAPITRE MATERIAUX ET METHODES
1- MATERIAUX
1-1-Alliages étudies
1-1-1- Alliage nickel-chrome (Ni-Cr)
1-1-2- Alliage cobalt-chrome (Co-Cr)
1-2- Milieux d’études
1-2-1- Bains chimiques utilisés
1-2-1-1- Bain nickel-phosphore (Ni-P 1)
1-2-1-2- Bain nickel-phosphore (Ni-P2)
1-2-1-3- Bain nickel-phosphore- tungstate (Ni-P-W)
1-2-2- Solutions de l’étude électrochimique
1-2-2-1 Salive artificielle de Brugirard
1-2-2-2 Solution de Na Cl
2- METHODE
2-1- Analyse de la composition des alliages (substrat)
2-2- Réalisation des éprouvettes
2-2-1- Formes des échantillons
2-2-1-1- Forme circulaire
2-2-1-2- Forme rectangulaire
2-2-2- Préparation des maquettes en cire
2-2-2-1- Forme circulaire
2-2-2-2- Forme rectangulaire
2-2-3- Mise en revêtement
2-2-4- Coulée des échantillons
2-2-5- Sablage
2-2-6- Dégrossissage
2-3- Traitement des surfaces
2-3-1- Polissage des échantillons
2-3-1-1- Polisseuse Struers type Roto-Pol-21
2-3-1-2- Polisseuse BHEHLER Ecomet 300
2-3-1-3- Polissage au micron.
2-3-1-4- Polissage manuel
2-3-2- Dépôt chimique
2-3-2-1- Préparation des bains
2-3-2-2- Ajustage du pH
2-3-2-3- Préparation de surface des échantillons
2-3-2-3-1- Prédégraissage des échantillons
2-3-2-3-2- Dégraissage des échantillons
2-3-2-3-3- Décapage des échantillons ou activation
2-3-2-3-4- Immersion de l’échantillon
2-4- Caractérisations des dépôts
2-4-1- Contrôle de l’adhésion du dépôt
2-4-1-1- Test bain à ultrason/éthanol
2-4-1-2- Le scotch test
2-4-1-3- Test de crochet ou Test de quadrillage
2-4-1-4- Test de choc thermique
2-4-2- Observation au microscope optique inversé ou microscope Métallographique
2-4-3- Profilomètre mécanique
2-4-4- Analyse par la spectroscopie de photoélectrons induits par rayon X ou XPS
(X-Ray Photoelectron Spectroscopy)
2-4-5- Analyse par la microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM)
2-4-6- Etude électrochimique
2-4-6-1- Equipements
2-4-6-1-1- Potentiostat
2-4-6-1-2- Cellule électrochimique
2-4-7- Analyse de la microdureté dureté
2-4-7-1- Technique expérimentale
2-4-7-1-1- Mesure des empreintes
2-4-8- Essai Tribologique
2-4-8-1- Technique expérimentale
VI- CHAPITRE RESULTATS ET DISCUSSION
1- RESULTATS
1-1- Détermination des conditions de dépôts chimiques
1-1-1- Composition chimique des substrats
1-1-2- Composition chimique du bain
1-1-3- Potentiel d’hydrogène ou ph
1-1-4- Influence de la température
1-1-5- Influence du temps d’immersion
1-1-6- Traitement de surface du substrat
1-1-6-1- Polissage du substrat
1-1-6-2- Nettoyage de la surface du substrat après polissage
1-1-6-3- Activation de la surface du substrat
1-1-6-4- Réalisation des dépôts
1-2- Caractérisations
1-2-1- Tests d’adhésion des dépôts
1-2-2- Analyse par profilomètrie mécanique
1-2-2-1- Rugosité
1-2-2-1-1- Rugosité des substrats sans dépôt
1-2-2-1-2- Rugosité des dépôts
1-2-2-2- Epaisseur de dépôts
1-2-3- Analyse par spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (XPS)
1-2-3-1- Analyse spectrale du substrat nickel-chrome sans dépôt
1-2-3-2- Analyse spectrale du substrat cobalt-chrome sans dépôt
1-2-3-3- Analyse des deux spectres des substrats sans dépôt
1-2-3-4- Analyse spectrale du dépôt Ni-P1
1-2-3-5- Analyse spectrale du dépôt Ni-P2
1-2-3-6- Analyse spectrale du dépôt Ni-P-W
1-2-3-7- Analyse des spectres des substrats avec dépôts
1-2-4- Observation au microscopie électronique à balayage (MEB) et par EDX
1-2-4-1- Observation au MEB du substrat Ni-Cr
1-2-4-2- Observation au MEB du substrat Co-Cr
1-2-4-3- Observation au MEB du dépôt Ni-P1
1-2-4-4- Observation au MEB du dépôt Ni-P2
1-2-4-5- Observation au MEB du dépôt Ni-P-W
1-2-5- Etude électrochimique
1-2-5-1- Etude électrochimique des substrats sans dépôts
1-2-5-2- Etude électrochimique des dépôts
1-2-5-2-1- Etude électrochimique du premier groupe des dépôts
1-2-5-2-1-1- Etude électrochimique de la première partie des dépôts
a)- Etude du premier graphe
b)- Etude du deuxième graphe
1-2-5-2-1-2- Etude électrochimique de la deuxième partie des dépôts
a)- Etude du troisième graphe
b)- Etude du quatrième graphe
1-2-5-2-2- Etude électrochimique du deuxième groupe des dépôts
1-2-5-2-2-1- Etude électrochimique de la première partie des dépôts
a)- Etude du cinquième graphe
b)- Etude du sixième graphe
1-2-5-2-2-2- Etude électrochimique de la deuxième partie des dépôts
a)- Etude du septième graphe
b)- Etude du huitième graphe
1-2-5-3- Conclusions de l’étude électrochimique
1-2-6- Essai de microdureté
1-2-6-1- Résultats des essais de microdureté
1-2-7- Essai tribologique
1-2-8- APPLICATION CLINIQUE DES DEPOTS CHIMIQUES
2- DISCUSSION DES RESULTATS ET PERSPECTIVES
2-1- Discussion de résultats
2-2- Perspectives
VII- CONCLUSION
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