Brevet FR2907469A1 — publié le 20080425

Dispositif de nitruration par implantation ionique d'une pièce en alliage de titane et procédé mettant en oeuvre un tel dispositif. Domaine de l'invention L'invention a pour objet un dispositif de nitruration par implantation ionique d'une pièce en en alliage de titane à partir d'un faisceau d'ions d'azote émis par une source d'ions. L'invention a également pour objet un procédé de nitruration d'une pièce en alliage de titane mettant en oeuvre un tel dispositif. L'invention trouve des applications par exemple dans le domaine médical où il est nécessaire de traiter des prothèses en alliage de titane pour durcir la surface et réduire les problèmes d'usure par frottement corrosion. On augmente ainsi la durée de vie des prothèses et le confort des patients. Etat de la technique Le titane est un élément réputé pour sa faible densité et sa haute résistance mécanique. Ses premières applications ont vu le jour dans le secteur aérospatial et militaire durant la seconde guerre mondiale. Ce n'est que dans les années 50 que sont apparues ses applications dans le domaine médical, chirurgical et dentaire. Le titane présente un avantage biomécanique dans la mesure ou il est caractérisé par un module d'Young deux fois plus faible que celui des autres alliages métalliques. La plupart des implants chirurgicaux en métal sont fabriqués dans un alliage appartenant à l'un des trois groupes suivants: titane-aluminiumvanadium (Ti 6AI 4V), titane-aluminium-fer (TiAlFe) ou acier inoxydable (316L). Ces alliages présentent la particularité d'être biocompatibles. Cette biocompatibilité n'est cependant pas absolue. Le frottement et la corrosion produisent au niveau des articulations des débris d'usure qui sont piégés dans les tissus vivants. Dés réactions inflammatoires très douloureuses se 2907469 2 déclenchent entre l'implant et l'os, conduisant à la destruction de l'os lui-même. Pour cette raison, les implants en alliage de titane sont aujourd'hui 5 traités par un procédé que l'on désigne sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur qui permet de revêtir la surface du métal d'une couche de nitrure de titane. Cela donne une jolie finition de couleur dorée, mais la couche de nitrure de titane ainsi formée est épaisse (1 à 2 micromètres) et cassante. Avec les changements de température, la couche de nitrure se 10 dilate à un rythme différent du métal recouvert et risque de craquer ou de se détacher. A partir du moment ou le métal a perdu sa couche protectrice, des ions présents dans l'organisme, comme le chlorure, peuvent corroder la surface et fendiller le métal, de sorte que la prothèse risque de se briser sous des 15 efforts répétés. Les prothèses articulaires doivent être remplacées tous les dix ans ou même plus tôt. La technique classique de nitruration thermique ne marche pas pour l'alliage Ti_6AI 4V. A 500 C, après plusieurs heures de traitement, un 20 atome d'azote parcourt seulement quelques dizaines de nanomètres dans le nitrure de titane. Le nitrure de titane ainsi formé constitue une barrière qui empêche l'azote de diffuser plus en avant. Augmenter la température de diffusion au-delà de 500 C conduit à une dégradation de ses propriétés mécaniques. 25 L'implantation d'ion mono chargés a été appliquée sur des prothèses. Ses faiblesses sont liées à la lourdeur et au coût du dispositif d'implantation (un implanteur classique, mesure plusieurs mètres de long et de haut) ainsi qu'à la faiblesse de la profondeur d'implantation due à la production d'un seul 30 état de charge N+. 2907469 3 Une technique hybride par implantation en immersion plasma à basse température (500 C) résout partiellement le problème. On applique à la pièce plongée dans le plasma une tension d'environs 30 KV qui permet, grâce à l'implantation, de dépasser la barrière de diffusion. On crée ainsi dans le 5 titane, un réservoir d'azote qui diffuse très difficilement au-delà de 80 nm de profondeur. Pour accroître la diffusion on est obligé d'augmenter la température donc de détruire les propriétés mécaniques de l'alliage. Exposé de l'invention 10 L'invention a pour but de remédier aux inconvénients et problèmes des techniques exposées précédemment. II est notamment visé par la présente invention de proposer un dispositif d'implantation ionique, notamment d'ions azote, dans une pièce en alliage de titane pour améliorer la dureté superficielle de cette dernière et 15 réduire les problèmes d'usure par frottement corrosion. Il est visé par la présente invention d'effectuer le traitement sur une épaisseur suffisante pour être efficace sur une durée dépassant celle de la vie du patient. Il est encore visé par la présente invention de proposer un tel dispositif 20 qui permette un traitement en profondeur de l'alliage de titane, typiquement sur une épaisseur de l'ordre de 0 à 2 pm, et dont la mise en oeuvre ne provoque pas une altération des caractéristiques mécaniques de la pièce à traiter (recuit au-delà de 500 C entraînant la destruction du durcissement structural de l'alliage). 25 II est également visé par la présente invention de proposer un tel dispositif qui ne nécessite pas des temps de traitement qui soient longs. Il est enfin visé par la présente invention de proposer un tel dispositif qui soit peu coûteux pour permettre son utilisation dans un cadre industriel, son coût ne devant pas être rédhibitoire par rapport aux coûts d'autres 30 procédés de traitement. 2907469 4 La démarche inventive de la présente invention a consisté à proposer de réaliser à basse température, plus précisément à une température inférieure à environ 500 C, le traitement d'une pièce en alliage de titane par implantation simultanée d'ions mufti-énergies. Ces derniers sont obtenus en 5 extrayant avec une même et unique tension d'extraction des ions mono- et mufti-chargés créés dans la chambre à plasma d'une source d'ions à résonance cyclotronique électronique (source RCE). Chaque ion produit par ladite source présente une énergie qui est proportionnelle à son état de charge. Il en découle que les ions dont l'état de charge est le plus élevé, 10 donc d'énergie la plus élevée, s'implantent dans la pièce en alliage de titane à des profondeurs plus importantes. On notera à ce stade de la description que cette implantation est rapide et peu coûteuse puisqu'elle ne nécessite pas une tension d'extraction élevée de la source d'ions. En effet, pour augmenter l'énergie d'implantation 15 d'un ion, il est économiquement préférable d'augmenter son état de charge plutôt que d'augmenter sa tension d'extraction. On notera également que ce dispositif permet de traiter une pièce sans altérer ses propriétés mécaniques obtenues par durcissement structural (température inférieure à 500 C). 20 Le dispositif d'implantation d'ions dans une pièce en alliage de titane comporte une source délivrant des ions accélérés par une tension d'extraction et des premiers moyens de réglage d'un faisceau initial d'ions émis par ladite source en un faisceau d'implantation. Selon la présente invention, un tel dispositif est principalement 25 reconnaissable en ce que ladite source est une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions mufti-énergies qui sont implantés dans la pièce à une température inférieure à 500 C, l'implantation des ions du faisceau d'implantation étant effectuée simultanément à une profondeur contrôlée par la tension d'extraction de la source. 30 Plus particulièrement, le procédé de l'invention propose d'utiliser des ions d'azote mufti-énergies produits par la source d'ions RCE à l'intérieur de 2907469 5 laquelle de l'azote a été préalablement introduit et d'implanter les ions produits simultanément dans la pièce en alliage de titane, ce qui engendre des ions d'azote en interstitiel dans la structure du titane, des microcristaux pouvant être selon la concentration du Ti2N ou du TiN induisant à leur tour 5 une augmentation de la dureté. L'implantation simultanée de ces ions d'azote peut se faire à des profondeurs variables, en fonction des besoins et de la forme de la pièce. Ces profondeurs dépendent des énergies d'implantation des ions du faisceau d'implantation; elles peuvent varier de 0 à environ 2 pm. Compte tenu d'un effet de pulvérisation différent selon l'énergie donc 10 l'état de charge de l'ion incident, on n'obtient pas le même profil de concentration d'ions implantés selon, par exemple, que l'on implante simultanément N+, N2+, N3+, ou que l'on implante successivement par état de charge d'ordre croissant N+, N2+, puis N3+, ou encore que l'on implante successivement par état de charge d'ordre décroissant N3+, N2+, puis N+. 15 L'implantation successive par état de charge d'ordre croissant donne un profil d'épaisseur large mais de faible concentration. L'implantation successive par état de charge d'ordre décroissant donne un profil d'épaisseur étroite mais de forte concentration. L'implantation simultanée est un compromis entre les deux types d'implantation précédents, on obtient un 20 profil d'épaisseur moyenne et de concentration moyenne. Il est coûteux en terme de temps d'implanter des ions successivement par ordre croissant et décroissant. Le procédé de l'invention préconise l'implantation simultanée d'ions multi-énergies avec un faisceau multi-énergies et est de ce fait à la fois avantageux techniquement et optimal sur le plan du compromis physique 25 obtenu (profil de concentration équilibré). L'intérêt consiste à obtenir un profil de concentration comportant un plateau de large épaisseur, dont on puisse contrôler la hauteur. Cette hauteur de plateau devra se situer en dessous d'une concentration critique fixée par le type de nitrure que l'on cherche à favoriser : Ti2N ou TiN. Pour des applications autres que médicales, on a par 30 exemple tout intérêt à favoriser le Ti2N (concentration NfTi d'environ 30%) plutôt que le TiN dans la mesure ou le Ti2N contrairement au TiN, s'oxyde 2907469 6 plus facilement provoquant ainsi une diminution coefficient de frottement. Pour des applications médicales il convient plutôt de favoriser la production de TiN en augmentant la concentration d'azote N/Ti autour de 50%. L'augmentation de la dureté de l'alliage de titane est liée à la 5 concentration en ions d'azote implantés. Le procédé de l'invention présente un avantage très intéressant par rapport à l'implantation effectuée avec un faisceau d'ions d'azote mono-énergie. Pour une même concentration d'ions implantés, on favorise avec un faisceau d'ions d'azote multi-énergies l'apparition de nanoprécipités de 10 nitrure de titane. L'implantation simultanée d'ions multi-énergies engendre par collisions et cascades un brassage plus efficace des différentes couches de nitrure de titane (qui s'étagent à différentes profondeurs d'implantation dans l'épaisseur traitée). L'efficacité des processus de fragmentation et de dispersion des microcristaux dont sont constituées les couches implantées 15 est à l'origine d'un accroissement supplémentaire de dureté obtenu par implantation avec un faisceau d'ions d'azote multi-énergies. Contrairement au dépôt PVD de nitrure de titane, la couche implantée a un profil de concentration progressif : elle s'use sans s'écailler. On réduit ainsi les risques d'inflammation provenant de gros débris d'usure logés dans 20 les tissus et que l'organisme a du mal à éliminer. Dans une application à des pièces en alliage de titane, le procédé de l'invention permet d'obtenir une dureté superficielle proche de celle de l'acier, tout en conservant les propriétés mécaniques de masse atteinte par durcissement structural. 25 Le dispositif de la présente invention comporte en outre avantageusement des deuxièmes moyens de réglage de la position relative de la pièce et de la source d'ions. On comprendra qu'un déplacement relatif entre la source d'ions et la pièce est mis en oeuvre pour pouvoir traiter cette dernière. 30 Selon une forme préférée de réalisation du dispositif de la présente invention dans laquelle la pièce est mobile par rapport à la source, les 2907469 7 deuxièmes moyens de réglage comportent avantageusement un porte-pièce qui est mobile pour déplacer la pièce au cours de son traitement. Dans une autre forme non préférée de réalisation du dispositif, c'est la source d'ions qui est déplacée par rapport à la pièce à traiter; cette dernière forme de 5 réalisation pouvant être mise en oeuvre lorsque les pièces à traiter représentent ensemble un poids trop important. Le porte-pièce est de préférence équipé de moyens de refroidissement pour évacuer la chaleur produite dans la pièce lors de l'implantation des ions multi-énergies. 10 Les premiers moyens de réglage du faisceau d'ions comportent accessoirement un spectromètre de masse pour trier les ions produits par la source en fonction de leur charge et de leur masse. De préférence, les premiers moyens de réglage du faisceau initial d'ions comportent en outre des moyens optiques de focalisation, un profileur, 15 un transformateur d'intensité et un obturateur. Le dispositif est avantageusement confiné dans une enceinte équipée d'une pompe à vide. Les deuxièmes moyens de réglage de la position relative de la pièce et de la source d'ions comportent avantageusement des moyens de calcul de 20 cette position à partir d'informations relatives à la nature du faisceau d'ions, à la géométrie de la pièce, à la vitesse de déplacement du porte-pièce par rapport à la source et au nombre de passes précédemment réalisées. Selon une première variante du procédé de traitement d'alliages de titane par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon la 25 présente invention, ce procédé est principalement reconnaissable en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce à une vitesse constante. Selon une deuxième variante du procédé de traitement d'alliages de titanes par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon la 30 présente invention, ce procédé est principalement reconnaissable en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la 2907469 8 pièce à une vitesse variable tenant compte de l'angle d'incidence du faisceau d'ions multi-énergies par rapport à la surface de la pièce. Que ce soit la pièce à traiter ou la source d'ions qui est déplacée, la vitesse de déplacement relative entre ces deux éléments peut être constante 5 ou variable en fonction de l'angle d'incidence du faisceau par rapport à la surface, au moins pendant le traitement. La vitesse dépend du débit du faisceau, du profil de concentration des ions implantés et du nombre de passes. La vitesse peut varier en fonction de l'angle d'incidence du faisceau par rapport à la surface, pour compenser la faiblesse de la profondeur 10 d'implantation par une augmentation du nombre d'ions implantés. Le faisceau d'ions multi-énergies est émis avec un débit et des énergies d'émission qui sont constants et commandés par la source d'ions. Comme expliqué précédemment, le procédé de l'invention permet d'agir sur les profondeurs de pénétration des ions multi-énergies dans la pièce. Ces 15 profondeurs de pénétration, qui s'étagent dans l'épaisseur traitée, varient en fonction des différentes énergies d'entrée des ions au niveau de la surface de la pièce. L'implantation des ions d'azote dans la structure cristalline de la pièce à traiter a pour effet d'insérer des ions d'azote en interstitiel et de créer des 20 microcristaux de nitrure de titane extrêmement durs. Cela entraîne le blocage des plans de glissement des dislocations qui sont à l'origine des déformations. En d'autres termes, le fait d'implanter des ions d'azote dans la pièce à traiter permet d'augmenter la dureté superficielle de la pièce et de la rendre ainsi très résistante à l'usure. 25 Le procédé de l'invention permet, par le phénomène de pulvérisation superficielle induit par le passage des ions incidents, de gommer les micro-rugosités de la pièce. On diminue ainsi la surface de contact entre l'implant et l'organisme et on diminue en même temps les possibilités de production de débris d'usure provenant des microrugosités. 30 Le procédé de l'invention permet de ralentir considérablement la corrosion de l'alliage de titane, en implantant sous la surface une barrière 2907469 9 d'atomes d'azote, réputés pour leur inertie chimique, leur biocompatibilité ou encore la barrière anti-diffusion atomique qu'ils constituent en s'interposant entre le métal et l'organisme. Il résulte de ces dispositions que le procédé de l'invention permet de 5 traiter efficacement des pièces en alliage de titane, sans pour autant augmenter ni la durée du traitement et ni les risques d'échauffement de la pièce. Brève description des dessins 10 La figure 1 représente un diagramme fonctionnel du dispositif de l'invention. La figure 2 représente des exemples de distribution d'implantation, dans du titane, par une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions N+, N2+, N3+, N4+, N5+ avec une même tension 15 d'extraction de 200 KV. La figure 3 représente le profil d'implantation obtenu avec un faisceau de N4-(1,5mA), N2+(1,5mA), N3+(1,5mA), N4+(1,5mA), N5+(1,5mA), une tension d'extraction de 200 KV, concentré sur une surface de 1 cm2 pendant 30 secondes. Ce profil représente en ordonnée la concentration atomique 20 N/Ti (%) d'ions azote implantés en fonction de la profondeur d'implantation exprimée en Angstrôm. La figure 4 représente le profil d'implantation optimal, du même type que le profil précédent, qui est obtenu avec un faisceau de N+(0,5mA), N2+(1mA), N3+(1,5mA), N4+(2mA), N5+(2,5mA), une tension d'extraction de 25 200 KV, concentré sur une surface de 1 cm2 pendant 30 secondes. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Sur la figure 1, un dispositif selon la présente invention est placé dans une enceinte 3 mise sous vide grâce à une pompe à vide 2. Ce vide a pour 30 but d'empêcher l'interception du faisceau par des gaz résiduels et d'éviter la 2907469 10 contamination de la surface de la pièce par ces mêmes gaz lors de l'implantation. Ce dispositif comporte une source d'ions 6 à résonance cyclotronique électronique, dite source RCE. Cette source RCE 6 délivre un faisceau initial 5 f1' d'ions multi-énergies d'azote pour un courant total d'environ 7,5 mA (toutes charges confondues N+, N2+, etc.), sous une tension d'extraction pouvant varier de 20 KV à 200 KV. La source RCE 6 émet le faisceau d'ions f1' en direction de premiers moyens de réglage 7-11 qui assurent la focalisation et le réglage du faisceau initial f1' émis par la source RCE 6 en 10 un faisceau f1 d'implantation d'ions qui vient frapper une pièce à traiter 5. Ces premiers moyens de réglage 7-11 comportent, de la source RCE 6 vers la pièce 5, les éléments suivants : - un spectromètre de masse 7 apte à filtrer les ions en fonction de leur charge et de leur masse. Cet élément est facultatif ; en effet, dans le cas ou 15 l'on injecte un gaz d'azote pur (N2), il est possible de récupérer l'ensemble des ions d'azote mono et multi-chargés produits par la source pour obtenir un faisceau d'ions d'azote multi-énergies. Le spectromètre de masse étant un élément très cher on réduit fortement le coût du dispositif en utilisant un faisceau d'ions d'azote multi-énergies obtenus à partir d'un gaz d'azote pur 20 livré en bouteille. - des lentilles 8 dont le rôle est de donner au faisceau initial f1' d'ions une forme choisie, par exemple cylindrique, avec un rayon choisi. - un profileur 9 dont le rôle est d'analyser l'intensité du faisceau dans un plan de coupe perpendiculaire. Cet instrument d'analyse devient facultatif 25 dès lors que les lentilles 8 sont réglées définitivement lors de la première implantation. - un transformateur d'intensité 10 qui mesure en continu l'intensité du faisceau initial f1' sans l'intercepter. Cet instrument a pour fonction essentielle de détecter toute interruption du faisceau initial f1' et de permettre 30 l'enregistrement des variations d'intensité du faisceau f1 durant le traitement. 2907469 11 - un obturateur 11 qui peut être une cage de Faraday, dont le rôle est d'interrompre la trajectoire des ions à certains moments, par exemple lors d'un déplacement sans traitement de la pièce. Selon la forme préférée de réalisation du dispositif représentée sur la 5 figure 1, la pièce 5 est mobile par rapport à la source RCE 6. La pièce 5 est montée sur un porte-pièce mobile 12 dont le déplacement est commandé par une machine à commande numérique 4, elle-même pilotée par un post-processeur calculé par un système de CFAO (conception et fabrication assistées par ordinateur) 1. 10 Le déplacement de la pièce 5 prend en compte le rayon du faisceau f1, les contours externes et internes des zones à traiter de la pièce 5, une vitesse de déplacement constante, ou variable en fonction de l'angle du faisceau f1 par rapport à la surface et un nombre de passes précédemment réalisées. 15 Des informations de contrôle (inf1) sont transmises de la source RCE 6 vers la machine à commande numérique 4. Ces informations de contrôle concernent l'état du faisceau. En particulier, la source RCE 6 informe la machine 4 lorsque le faisceau f1 d'ions est prêt à être envoyé. D'autres informations de contrôle (inf2) sont transmises par la machine 4 à 20 l'obturateur 11, à la source RCE 6 et, éventuellement, à une ou plusieurs machines extérieures au dispositif. Ces informations de contrôle peuvent être les valeurs du rayon du faisceau d'ions, son débit et toutes autres valeurs connues de la machine 4. Par ailleurs, le porte-pièce 12 est équipé d'un circuit de 25 refroidissement 13 pour évacuer la chaleur produite dans la pièce 5 lors de l'implantation des ions multi-énergies. Le fonctionnement du dispositif de l'invention est le suivant : - on bride la pièce à traiter 5 sur le porte-pièce 12, - on ferme l'enceinte 3 abritant le dispositif, 30 - on met éventuellement en marche le circuit de refroidissement 13 du porte-pièce 12, 2907469 12 - on met en marche la pompe à vide 2 de manière à obtenir un vide poussé dans l'enceinte 3, dès que les conditions de vide sont atteintes, on procède à la production et au réglage du faisceau f1' d'ions grâce aux moyens de 5 réglage 7-11, -lorsque le faisceau est réglé, on lève l'obturateur 11 et on lance la machine à commande numérique 4 qui exécute alors le déplacement en position et en vitesse de la pièce 5 devant le faisceau en une ou plusieurs passes, 10 - lorsque le nombre de passes requis est atteint, on baisse l'obturateur 11 pour couper le faisceau f1, on arrête la production du faisceau fi', on casse le vide en ouvrant l'enceinte 3 à l'air ambiant, on arrête éventuellement le circuit de refroidissement 13 et on sort la pièce traitée 5 hors de l'enceinte 3. 15 Il existe deux manières de diminuer le pic en température lié au passage du faisceau f1 en un point donné de la pièce 5: augmenter le rayon du faisceau (donc réduire la puissance par cm2) ou augmenter la vitesse de déplacement. Si la pièce est trop petite pour évacuer par rayonnement la chaleur 20 liée au traitement on peut soit diminuer la puissance du faisceau f1 (donc augmenter la durée de traitement), soit mettre en marche le circuit de refroidissement 13 logé dans le porte pièce 12. La figure 2 représente un exemple de distribution d'ions d'azote N implantés dans de le titane. Dans cet exemple, la source d'ions délivre des 25 ions N+, N2+, N3+, N4+ et N5+ qui sont tous extraits avec une seule et unique tension d'extraction, par exemple, de 200 KV. Ainsi les ions N+ émis par la source d'ions ont une énergie de 200 KeV, les ions N2+ ont une énergie de 400 KeV, les ions N3+ ont une énergie de 600 KeV, les ions N4+ ont une énergie de 800 KeV et les ions N5+ ont une énergie de 1000 KeV. 30 Les ions N+ atteignent une profondeur de 0,3 pm +1- 0.08 pm. Les ions N2+ atteignent une profondeur d'environ 0,52 pm +/- 0,11 pm, les ions 2907469 13 N3+ une profondeur d'environ 0.69 pm +/- 0,13 pm, les ions N4+ une profondeur d'environ 0.84pm +1- 0,14 pm et les ions N5+ une profondeur d'environ 0.98 pm +1-0,15 pm. La distance maximale atteinte par des ions dans cet exemple est d'environ 1,5 pm. 5 La spécificité d'une source d'ions RCE 6 réside dans le fait qu'elle délivre des ions mono- et multi-chargés ce qui permet d'implanter simultanément des ions multi-énergies avec la même tension d'extraction. Il est ainsi possible d'obtenir simultanément sur toute l'épaisseur traitée un profil d'implantation plus ou moins bien réparti. 10 On obtient pour le profil d'implantation une répartition optimale en réglant la source 6 de manière à avoir une distribution équirépartie des états de charge des ions de la source (même nombre d'ions N+, N2+, N3+, N4+, N5+ par cm2 et par seconde). Par exemple, en reprenant l'exemple précédent, si l'on considère une 15 source RCE délivrant un courant total de 7,5 mA (0,5 mA pour N+, 1 mA pour N2+, 1,5mA pour N3+, 2mA pour N4+, 2,5mA pour N5+,) avec une tension d'extraction de 200 KV, dans du titane et sur 1 cm2, pendant environ 30 secs, le profil d'implantation représenté sur la figure 4 comporte un plateau constant de 9% dans une épaisseur comprise entre 0.2 pm et 1,2 pm. 20 Pour une même concentration d'ions implantés, l'effet physique en terme de dureté obtenue par implantation simultanée d'ions multi-énergies est supérieur à celui obtenu par implantation d'ions mono-énergie. En effet la dispersion des microcristaux de nitrure de titane due à l'efficacité du brassage des ions multi-énergies (qui s'implantent à des profondeurs 25 étagées), induit un accroissement supplémentaire de dureté qui s'ajoute à celle qui serait obtenue avec un faisceau d'ions mono-énergies. REVENDICATIONS 1 û Dispositif d'implantation d'ions dans une pièce en alliage de titane(5) comportant une source (6) délivrant des ions accélérés par une tension d'extraction et des premiers moyens de réglage (7-11) d'un faisceau initial (f1') d'ions émis par ladite source (6) en un faisceau d'implantation (fi) caractérisé en ce que ladite source (6) est une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions multi-énergies qui sont implantés dans la pièce (5) à une température inférieure à 500 C, l'implantation des ions multi-énergies du faisceau d'implantation (fi) étant effectuée simultanément à une profondeur contrôlée par la tension d'extraction de la source. 2 û Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) de la position relative de 15 la pièce (5) et de la source d'ions (6). 3 û Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) comportent un porte-pièce qui est mobile (12) pour déplacer la pièce (5) au cours de son traitement. 4 û Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le portepièce (12) est équipé de moyens de refroidissement (13) pour évacuer la chaleur produite dans la pièce (5) lors de l'implantation des ions multiénergies. 5 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de réglage (7-11) du faisceau 25 d'ions comportent un spectromètre de masse (7) pour trier les ions produits par la source (6) en fonction de leur charge et de leur masse. 6 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de réglage (7-11) du faisceau initial (f1') d'ions comportent en outre des moyens optiques de focalisation (8), un 30 profileur (9), un transformateur d'intensité (10) et un obturateur (11). 2907469 7 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est confiné dans une enceinte (3) équipée d'une pompe à vide (2). 8 û Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 5 deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) de la position relative de la pièce (5) et de la source d'ions (6) comportent des moyens de calcul (1) de cette position à partir d'informations relatives à la nature du faisceau d'ions, à la géométrie de la pièce (5), à la vitesse de déplacement du porte pièce (12) par rapport à la source (6) et au nombre de passes précédemment réalisées. 10 9 û Procédé de traitement d'un alliage de titane par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d'ions multiénergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce (5) à une vitesse constante. 15 10 û Procédé de traitement d'un alliage de titane par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce (5) à une vitesse variable tenant compte de l'angle d'incidence du faisceau d'ions multi-énergies par rapport à la surface de la pièce (5).