Cold plasma for surface treatment of titanium alloys

摘要

Le titanium et ses alliages sont des matériaux de plus en plus utilisés dans les applications mécaniques. Une faible densité, ainsi que des caractéristiques très intéressantes en font des matériaux de premier choix dans de nombreux domaines (aéronautique, mécanique de précision automobile, biomédical,...). Néanmoins, leurs médiocres qualités tribologiques conduisent souvent à les écarter en tant que surface de frottement. La modification de leurs propriétés de surface est donc une préoccupation bien réelle. L'introduction d'azote en surface permet d'améliorer considérablement le comportement tribologique de ces matériaux. L'implantation ionique d'azote est une technique largement utilisée pour le traitement de surface des alliages de titane. Les applications industrielles de ce procédé sont nombreuses (biomédical, aéronautique,...) mais les limitations de cette technique (profondeur de traitement essentiellement) empêchent sont utilisation dans certains cas. L 'augmentation de la température de traitement peut palier à ces limites. Ainsi, l'analyse des propriétés obtenues après traitement à diverses températures (20℃ à 1000℃) permet de trouver le meilleur compromis entre les qualités géom╚riques (état de surface, déformation) métallurgiques, et les propriétés de frottement. Ce compromis permet de répondre à une majorité des problèmes tribologiques rencontrés sur les alliages de titane.%Because of their poor tribological properties, titanium alloys have a restricted field of applications. Modifying their surface properties is thus a real concern. The introduction of nitrogen on the surface improves significantly the tribological behaviour of these materials. Nitrogen ion implantation is a technique largely used in titanium alloy surface treatment. Industrial applications of this process are numerous (biomedical, aeronautics,...) but the limitations of this technique (essentially treatment depth) prevent its use in certain cases. The increase in treatment temperature can overcome these limitations. Thus, the analysis of the properties obtained after treatment at various temperatures (20℃ to 1000℃) enables us to find the best compromise between metallurgic, geometrical properties (surface condition, deformation) and friction properties. This compromise enables us to solve a majority of tribological problems of titanium alloys. Titanium And Its Alloys are materials which are more and more frequently used in mechanical applications. Their low density combined with their very advantageous mechanical characteristics (such as resistance to fatigue), make them the first choice of material in many areas (aeronautics, automobile precision mechanics, biomedical applications, for example), especially in chlorinated environments. However, their mediocre tribological properties often lead to their rejection as friction surfaces. Treating the surface of these materials with nitrogen can give them excellent tribological properties. It is necessary, though, to choose the most suitable surface treatment in accordance with the stresses and frictional pairs encountered, in order to avoid deterioration of the mass properties of the pieces. We present here an industrial technique for adding nitrogen to the surface of titanium alloys, ion implantation together with a development of this process towards a surface heat treatment effect.