Prévision de l'épaisseur du film passif d'un acier inoxydable 316L soumis au fretting corrosion grâce au Point Defect Model, PDM

Jean Geringer, J. Chone, J.-D. Guerin, P. Quaegebeur
2013 MATEC Web of Conferences  
Some implants have approximately a lifetime of 15 years. The femoral stem, for example, should be made of 316L/316LN stainless steel. Fretting corrosion, friction under small displacements, should occur during human gait, due to repeated loadings and un-loadings, between stainless steel and bone for instance. Some experimental investigations of fretting corrosion have been practiced. As well known, metallic alloys and especially stainless steels are covered with a passive film that prevents
more » ... m that prevents from the corrosion and degradation. This passive layer of few nanometers, at ambient temperature, is the key of our civilization according to some authors. This work is dedicated to predict the passive layer thicknesses of stainless steel under fretting corrosion with a specific emphasis on the role of proteins. The model is based on the Point Defect Model (micro scale) and an update of the model on the friction process (micro-macro scale). Genetic algorithm was used for finding solution of the problem. The major results are, as expected from experimental results, albumin prevents from degradation at the lowest concentration of chlorides; an incubation time is necessary for degrading the passive film; under fretting corrosion and high concentration of chlorides the passive behavior is annihilated. Les implants orthop\'ediques de hanche ont une dur\'ee de vie d'environ 15 ans. Par exemple, la tige f\'emorale d'un tel implant peut \^etre r\'ealis\'ee en acier inoxydable 316L ou 316LN. Le fretting corrosion, frottement sous petits d\'eplacements, peut se produire pendant la marche humaine en raison des chargements r\'ep\'et\'es entre le m\'etal de la proth\'ese et l'os. Plusieurs investigations exp\'erimentales du fretting corrosion ont \'et\'e entreprises. Cette couche passive de quelques nanom\'etres, \'a temp\'erature ambiante, est le point clef sur lequel repose le d\'eveloppement de notre civilisation, selon certains auteurs. Ce travail vise \'a pr\'edire les \'epaisseurs de cette couche passive de l'acier inoxydable soumis au fretting corrosion, avec une attention sp\'ecifique sur le r\^ole des prot\'eines. Le mod\'ele utilis\'e est bas\'e sur le Point Defect Model, PDM (\'a une \'echelle microscopique) et une am\'elioration de ce mod\'ele en prenant en compte le processus de frottement sous petits d\'ebattements. L'algorithme g\'en\'etique a \'et\'e utilis\'e pour optimiser la convergence du probl\'eme. Les r\'esultats les plus importants sont, comme d\'emontr\'e avec les essais exp\'erimentaux, que l'albumine, la prot\'eine \'etudi\'ee, emp\^eche les d\'egradations de l'acier inoxydable aux plus faibles concentrations d'ions chlorure ; ensuite, aux plus fortes concentrations de chlorures, un temps d'incubation est n\'ecessaire pour d\'etruire le film passif.
doi:10.1051/matecconf/20130704001 fatcat:jnts5djrzvfyxklayigxsipbru