Élaboration d’alliages Fe-Mn-Zn par frittage pour l’application d’implants bio-résorbables

(fre) Avec l'augmentation de l'incidence des maladies cardiovasculaires, qui sont la première cause de décès dans le monde, la recherche des matériaux pour les implants coronaires a pris une importance considérable dans le monde médical. Il a été découvert que le stent est nécessaire comme support mécanique uniquement durant le temps de la guérison du vaisseau. Cette découverte permet de considérer la catégorie des biomatériaux. Ces matériaux doivent répondre à de nombreuses contraintes, au niveau de leurs propriétés mécaniques, de bio-compatibilité, de bio-dégradation et de radio-opacité. En particulier, le système Fe-Mn possède des propriétés mécaniques intéressantes, mais une vitesse de corrosion insuffisante. L'ajout du zinc pourrait palier à ce problème. Le système Fe-Mn-Zn est donc investigué dans ce mémoire. Des alliages de composition Fe20Mn12Zn et Fe25Mn5Zn ont été mis en forme par métallurgie des poudres. Des pré-alliages ont tout d'abord été créés par une étape de compression suivie d'un traitement thermique. Les matériaux ont ensuite été frittés par procédé de frittage flash. Les alliages obtenus sont denses et homogènes, entièrement de phases cristalline cubique face centrée et contiennent de nombreux précipités aux joints de grains. Les propriétés mécaniques mesurées encouragent à la réalisation d'expériences plus poussées. Cependant, la présence du zinc ne semble pas avoir accéléré la corrosion. D'autres tests seront nécessaires afin de confirmer les résultats. Un mécanisme réactionnel a été également proposé. Celui-ci comporte deux étapes. Durant les 30 premières minutes de traitement thermique, le zinc devient liquide et se diffuse rapidement dans les particules de manganèse et de fer environnante. La retassure lors de sa solidification entraine l'apparition de larges porosités. La diffusion du zinc cause alors un changement de structure cristalline, qui entraine un ralentissement de la diffusion. Une longue période est ensuite nécessaire afin d'homogénéiser le matériau, par la transformation des particules de structures BCC en structure FCC.

(eng) With the increasing incidence of cardiovascular disease, which is the leading cause of death in the world, the search for materials for coronary implants has gained considerable importance in the medical world. It has been discovered that the stent is only needed as a mechanical support during the healing time of the vessel. Therefore, the category of biomaterials can be reconsidered. These materials must meet many constraints, in terms of their mechanical properties, bio-compatibility, bio-degradation and radio-opacity. In particular, the Fe-Mn system has interesting mechanical properties, but an insufficient corrosion rate. The addition of zinc could mitigate this problem. The Fe-Mn-Zn system is therefore investigated in this thesis. Fe20Mn12Zn and Fe25Mn5Zn composition alloys were shaped by powder metallurgy. Pre-alloys were first created by a compression step followed by a heat treatment. Then, a spark plasma sintering process was performed on these milled materials. The alloys obtained are dense and homogeneous, entirely of face cubic centered crystalline phases and contain numerous precipitates at the grain boundaries. The measured mechanical properties encourage the realisation of more advanced experiments. However, the presence of zinc does not appear to have accelerated corrosion, but further tests are needed to confirm the results. A reaction mechanism has also been proposed in two steps. During the first 30 minutes of heat treatment, the zinc becomes liquid and diffuses rapidly into the particles of manganese and surrounding iron. The shrinkage during its solidification causes the appearance of large porosity. The diffusion of zinc causes a change in crystalline structure, which imply a slowing of the diffusion. A long period is then needed to homogenize the material.