Seminars at UMET

Apport de la méthode de chargement à l'état solide des matériaux moléculaires au sein de matrices de silice mésoporeuses: De l'application pharmaceutique à l'exploration des transformations d'états physiques de la matière confinée

Metallic implants are crucial for osteosynthesis, aiming for effective healing outcomes. These situations often demand patient-specific treatments, as standard implants may not deliver expected functional outcomes. Additive manufacturing (AM) offers a promising solution by enabling the fabrication of near-net shape parts. However, the properties of AM-fabricated alloys differ significantly from conventionally processed ones due to inherent high cooling rates and thermal gradients during AM, thus altering the microstructural features. It is well known that microstructure plays a key role in deciding the properties of materials. The origin of microstructure lies in composition and processing. The speaker and his group are engaged in exploring microstructure-property-performance relationship in various types of metallic biomaterials for orthopaedic implants. In this presentation, an overview of processing-microstructure-property relationship will be presented regarding special processes like, severe plastic deformation, and additive manufacturing of different metals, carried out in speaker’s laboratory. It will be emphasized that how do different processing lead to evolution of microstructural features.

Les alliages de magnésium (Mg) apparaissent comme des matériaux prometteurs pour les applications biomédicales en raison de leur biocompatibilité, de leur biodégradabilité et de leurs propriétés mécaniques favorables. Cependant, leur dégradation rapide dans les environnements chlorés limite son application généralisée. Pour relever ce défi, nous utilisons des alliages stratégiques et des revêtements de surface pour modifier les microstructures et les propriétés de surface, dans le but d'obtenir une dégradation contrôlée. Notre étude se concentre sur l'incorporation de zinc (Zn) et de calcium (Ca) en raison de leurs propriétés en micronutriments et de leurs bienfaits physiologiques. L'objectif principal de cette thèse de doctorat est la conception d'alliages, en utilisant un processus de fabrication propre et en concevant la surface métallique pour réguler la dégradation des alliages de magnésium, dans le but ultime d'atteindre un taux de dégradation contrôlé et prévisible dans les environnements physiologiques. alliages Mg-Zn-Ca de pureté utilisant la coulée par induction sous vide (VIC) dans une atmosphère inerte, sans utilisation de gaz SF6. Différents rapports Zn/Ca, adaptés à la physiologie humaine, ont été explorés. Les voies d'optimisation comprenaient le traitement thermomécanique, le micro-alliage et la modification de surface à l'aide de revêtements composites (biopolymères naturels et biocéramiques). La caractérisation des matériaux via EDS, microscopie optique, SEM, EBSD, micro-indentation et études de dégradation in vitro a révélé la résistance à la corrosion des alliages. L'abaissement des concentrations de Zn et de Ca à moins de 1 % en poids a minimisé les phases secondaires, améliorant ainsi la résistance à la corrosion tout en maintenant l'élasticité osseuse. Études de cytocompatibilité sur les lignées cellulaires d'ostéoblastes MC3T3-E1 alignées sur la caractérisation des matériaux. De plus, nous avons appliqué des revêtements composites utilisant de la gélatine et du β-TCP via un dépôt électrophorétique à courant alternatif (AC-EPD) pour améliorer encore la résistance à la corrosion et la réponse cellulaire. Cette thèse de doctorat présente un alliage Mg-Zn-Ca biodégradable, fabriqué avec une technique VIC propre, prometteur pour les applications orthopédiques. Les micro-alliages et les revêtements composites via AC-EPD offrent une résistance à la corrosion et des performances biologiques améliorées, adaptées à la fixation osseuse pendant la cicatrisation.

La galvanisation à façon est utilisée comme traitement de surface pour protéger l’acier contre la corrosion atmosphérique. Ce processus implique d’immerger les composants métalliques dans un bain de zinc liquide afin d’appliquer un revêtement protecteur. Cependant, le traitement répété des structures d’accroche en acier assurant le transport des pièces entraîne leur corrosion par le zinc liquide. De plus, la couche de zinc déposée sur ces crochets non seulement gaspille du zinc, mais nécessite également une étape supplémentaire de décapage à l’acide chlorhydrique, augmentant les coûts économiques et environnementaux. Cette thèse se concentre sur le développement et la compréhension des mécanismes à la surface des matériaux visant à prévenir le
mouillage par le zinc liquide.
 
Initialement, une simulation DFT-AIMD à l’échelle atomique est mise en œuvre pour étudier l’interface SiO2-liquide Zn et calculer son énergie d’interface. Ce modèle a été validé par des mesures d’angle de mouillage sur des surfaces Fe-Si produites par fusion laser. Ensuite, un procédé slurry est utilisé pour produire un revêtement complexe Fe-Cr-Ni-Si-P pouvant être utilisé et fabriqué industriellement. Des tests de galvanisation cyclique démontrent que ce revêtement réduit la corrosion par le zinc liquide de 80 % et le mouillage par le zinc de 85 % après 20 cycles de galvanisation, en comparaison avec l’acier bas carbone DD13 (NF-EN 10111). Le processus de préoxydation est exploré pour améliorer davantage ses performances. Enfin, une analyse de surface à l’aide de la technique SEM-EDX à différentes étapes du processus de galvanisation offre des perspectives sur les mécanismes d’interaction de surface, examinant l’hypothèse de formation de SiO2 et le rôle des différentes phases de revêtement.

Mots clés : galvanisation à façon, zinc liquide, revêtement, mouillage, analyse de surface, simulation atomique