Caractérisation des effets de l'implantation ionique dans les alliages super-élastiques nickel titane par diffraction des rayons X

H. Pelletier; D. Muller; J.J. Grob; P. Mille; A. Cornet

doi:doi:10.1051/jp4:20020251

Numéro		J. Phys. IV France Volume 12, Numéro 6, juillet 2002


Page(s)		427 - 438
DOI		https://doi.org/10.1051/jp4:20020251

J. Phys. IV France 12 (2002) Pr6-427
DOI: 10.1051/jp4:20020251

Caractérisation des effets de l'implantation ionique dans les alliages super-élastiques nickel titane par diffraction des rayons X

H. Pelletier¹, D. Muller², J.J. Grob², P. Mille¹ and A. Cornet¹

¹ Laboratoire d'Ingénierie des Surfaces de Strasbourg, ENSAIS, 24 boulevard de la Victoire, 7084 Strasbourg cedex, France
² Laboratoire PHASE, UPR 232 du CNRS, 23 rue du Loess, BP. 20CR, 7037 Strasbourg cedex 2, France

Abstract
the specific properties (shape memory effect and super-elasticity) of NiTi alloys have provided the enabling technology for many groundbreaking applications in the medical and dentistry industries. These applications include everything from the surgical tools to permanent implants. Super-elastic NiTi alloys take advantage of a stress induced martensitic transformation to achieve incredible amounts of flexibility. This last property represents the most interesting aspect of such alloys for restoration procedures. However, recent instrumentation tests have shown brittle rupture of endodontic instruments inside the tooth during preparation of dental root channels.To improve the mechanical properties of NiTi endodontic instruments, argon, nitrogen and boron implantations at different energies and at fixed dose (1.10 ¹⁷ at.cm ^-2) have been used. In this paper, we have investigated the effects on NiTi microstructure, especially the crystalline to amorphous transition induced by ion bombardment, using Grazing Incidence X-ray Diffraction (GIXRD). Nano-indentation tests have also been performed to determine hardness H and elastic modulus E of implanted surfaces as a function of ion species and energy.

Résumé
Le but de cette d'étude est de caractériser les effets de l'implantation ionique sur la microstructure d'un alliage Nickel Titane à l'aide de la diffraction des rayons X en incidence rasante. Nous avons réalisé différents types d'implantation en faisant varier l'espèce implantée (bore, azote, argon) ainsi que l'énergie d'implantation, pour des doses d'implantation de l'ordre de 1.10 ¹⁷ at.cm ^-2. Les résultats des mesures de diffraction sous différents angles d'incidence ( $0{,}5^\circ \leq \alpha_i\leq 6^\circ$ ) ont été corrélés avec les différents profils d'implantation simulés. Des tests de nanoindentation ainsi que des mesures de RBS ont été également réalisés. Après implantation, on observe la formation d'une couche amorphe, conduisant à une augmentation importante de la dureté superficielle et du module élastique. La formation de zones amorphes est directement liée aux effets balistiques générant une augmentation de la densité de dislocations et de défauts dans la zone affectée par le traitement.