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Fiche détaillée Thèses
Université de Caen (19/07/2011), Serge Bouffard (Dir.)
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ThA_se_Pierret.pdf(5.5 MB)
Comportements mécaniques et tribologiques du Ti-6Al-4V traité par implantation d'ions carbone et oxygène multichargés. Développement des moyens associés
Christophe Pierret1

L'implantation ionique de carbone et d'oxygène dans le titane a pour conséquence d'améliorer certaines de ses propriétés superficielles et peut donc être utilisée comme traitement de surface pour les alliages de titane. Cette étude profite du récent développement d'une nouvelle technologie d'implantation basée sur l'utilisation de micro-accélérateurs de particules qui permettent l'implantation d'ions multichargés (jusqu'au C4+ et O4+). L'objectif de la thèse a été dans un premier temps de réaliser un faisceau d'ions carbone multichargés chimiquement pur à l'aide d'un micro-spectromètre de masse. Les modifications microstructurales induites par l'implantation de ces ions dans Ti-6Al-4V ont été analysées par différentes techniques. Des tests de dureté par nanoindentation et de tribologie ont également été effectués montrant qu'une fluence d'implantation seuil est nécessaire pour obtenir une amélioration significative des propriétés tribologiques. Ces améliorations sont corrélées avec la présence d'amas graphitique et de carbone amorphe. De plus, il a été montré que la présence d'oxygène limite très rapidement les performances tribologiques.
1 :  CIMAP - UMR 6252 - Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique
Ions-Implantation – Titanes-Alliages – Carbone – Oxygène – Microstructure (Physique) – Tribologie (Technologie) – Nanoindentation

Mechanical and tribological behaviour of Ti-6Al-4V alloy after multicharged carbon and oxygen ion implantation. Carbon ion beam development
Carbon and oxygen implantation into titanium is known to enhance some of its superficial properties (wear, hardness, friction coefficient), and so, can be applied as a powerful surface treatment for titanium alloys. These investigations were undertaken thanks to a recent technical implantation innovation. It consists in using a tiny particle microaccelerator (made of a small ECR ion source) allowing multicharged ion-implantation (up to C4+ and O4+). The aim of the study was, first, to produce multicharged carbon ion beam using a micro mass-spectrometer which had to be designed and developed during this thesis. Microstructural modifications by carbon and oxygen ion implantation into Ti-6Al-4V alloys were investigated. Nanoindentation and tribological measurements were also performed and have revealed a threshold within the implantation fluence range above which tribological properties are increasingly improved. This enhancement is mainly due to the presence of graphitic carbon clusters and amorphous carbon. Moreover, it has been proved that simultaneous oxygen-carbon implantation limits quickly and drastically the awaited improvement of the tribological properties and consequently
Ion Implantation – Titanium Alloys – Carbon – Oxygen – Microstruture – Tribology

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