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| - Les implants dentaires actuels sont majoritairement fabriqués en titane commercialement pur (cp-Ti) ou en Ti-6Al-4V (grade 23). Ces matériaux présentent d’excellents résultats cliniques sur des suivis à court et long termes. Toutefois, les alliages titane ont atteint un plateau en termes de propriétés mécaniques ce qui limite la miniaturisation des composants implantaires dentaires (implants dentaires, piliers et vis connectique). Des matériaux alternatifs avec une biocompatibilité au moins équivalente, une bonne résistance à la corrosion et une facilité de mise en œuvre doivent être étudiés pour concevoir des implants dentaires moins invasifs. Les verres métalliques à base de titane (Ti-based BMGs) sont des matériaux potentiels pour la réduction de la taille des composants implantaires. Grâce à leur structure amorphe (absence d’ordre atomique à grande distance), ces matériaux possèdent une très bonne biocompatibilité, peuvent être thermoformés, atteignent une déformation élastique de 2% ainsi qu’une limite d’élasticité de près de 2000 MPa. Bien que leur capacité à se déformer plastiquement soit limitée, les verres métalliques à base de titane, et en particulier la nuance Ti40Zr10Cu36Pd14, a démontré des résultats encourageant dans des applications implantaires dentaires durant la phase de prototypage. Cependant, l’utilisation des verres métalliques à base de titane est restreinte par deux aspects. Premièrement, la résistance à la corrosion de ces alliages est limitée par la présence du cuivre qui engendre la corrosion par piqûres en milieu chloré. Ainsi, des stratégies réduisant la teneur en cuivre doivent être envisagés afin de prévenir son influence délétère sur le comportement en corrosion. Deuxièmement, la capacité de ces alliages à former une structure amorphe (GFA) est insuffisante pour empêcher totalement la cristallisation lors du refroidissement. Les hétérogénéités cristallines peuvent causer une rupture prématurée en tension et leur formation reste insuffisamment décrite dans la littérature. Cette thèse de doctorat aborde à la fois des questions scientifiques et industrielles en rapport avec les verres métalliques à base de titane et s’articule autour de trois axes de recherche : (i) la conception d’alliages, (ii) les procédés de fabrications et (iii) la fonctionnalisation de surface. En premier lieu, des compositions alternatives amoindries en cuivres sont identifiées par apprentissage automatique. Ensuite, la formation des hétérogénéités crystallines dans la nuance Ti40Zr10Cu36Pd14 est étudiée et mise en lien avec les procédés de fabrication. Enfin, deux modifications de surface sont proposées pour améliorer la résistance à la corrosion de la composition Ti40Zr10Cu36Pd14.
- Current dental implants are predominantly made of commercially pure titanium (cp-Ti) and Ti-6Al-4V alloys. These materials demonstrate excellent clinical outcomes over short- and long-term follow-ups. However, crystalline Ti-alloys have reached a plateau in terms of mechanical properties, hindering further downsizing of dental implant components (e.g. dental implants, abutments and connecting screws). Alternative materials with higher mechanical strength, and at least equivalent biocompatibility, corrosion resistance and processability must be explored to design less invasive load-bearing implantable devices. Ti-based bulk metallic glasses (Ti-based BMGs) are attractive materials to downsize dental implant components. Due to their amorphous structure (i.e. absence of long atomic range order), Ti-based BMGs exhibit excellent biocompatibility, thermoplastic forming ability, high elastic strain limit (εl ≈ 2%) along with outstanding mechanical strength (yield strength σy ≈ 2000 MPa). Despite their relatively ‘brittle’ behaviour under plastic deformation, Ti-based BMGs, particularly, the Ti40Zr10Cu36Pd14 composition, has shown encouraging results for use in dental application during the prototyping stage. However, the use of Ti-based BMGs is limited by two aspects. Firstly, the corrosion resistance of Ti-based BMGs is impaired due to the high content of copper in the alloys, which can trigger pitting corrosion in chloride environments. Therefore, strategies to remove copper or mitigate its influence on corrosion resistance have to be considered. Secondly, the glass forming ability (GFA) of Ti-based BMGs is insufficient to consistently prevent crystallisation upon cooling. Crystalline heterogeneities may cause premature failure under tensile loading and their formation remains incompletely described in the literature. This PhD addresses scientific queries and industrial challenges related to Ti-based BMGs through three research paths involving (i) materials design, (ii) materials processing and (iii) surface functionalisation. At first, alternative compositions with reduced amount of copper are explored by mean of a machine learning (ML) strategy. Then, the formation of crystalline heterogeneities in Ti40Zr10Cu36Pd14 alloys is investigated in relation with the processing techniques. Lastly, two surface modifications are proposed to improve the corrosion resistance of Ti40Zr10Cu36Pd14.
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