Influence du marquage laser d'instruments chirurgicaux en acier inoxydable sur leur résistance à la corrosion

Influence of laser marking of stainless steel surgical parts on their corrosion resistance

¹ INSA de Lyon, LPCI, 20 Av. A. Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex, France
² Université Jean Monnet, LTSI, 10 rue Barrouin, 42000 St.-Étienne, Francee-mail : Christophe.Donnet@univ-st-etienne.fr
³ École des Mines de St.-Étienne, Centre CIS, 158 cours Fauriel, 42000 St.-Étienne, Francee-mail : forest@sms.emse.fr

Auteur de correspondance : Philippe.Steyer@insa-lyon.fr

Reçu : 8 Mars 2006
Accepté : 20 Juin 2006

Résumé

Afin d'assurer une traçabilité fiable des matériels utilisés en chirurgie, les instruments sont systématiquement identifiés par un code (numéro, sigle…) réalisé désormais par traitement laser. Lors des cycles répétés de nettoyage/désinfection des pièces, cette zone traitée peut parfois constituer un site privilégié de corrosion, et ce en dépit de la nature passivable du métal employé. L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence du marquage laser d'un acier inoxydable martensitique (Z30C13) couramment utilisé dans l'outillage chirurgical, sur ses caractéristiques électrochimiques. Afin de représenter le milieu physiologique, la solution saline de Ringer a été choisie comme électrolyte. Trois types de traitement laser sont considérés, différenciés principalement par leur durée d'impulsion : nanoseconde ou ultra-brève (femtoseconde). Les différents comportements électrochimiques sont ensuite explicités à la lumière des modifications métallurgiques consécutives à l'effet thermique. Une simulation par éléments finis permet d'évaluer le profil de température dû au marquage. Le paramètre clé contrôlant la résistance vis-à-vis du milieu semble être le couple densité de puissance-durée d'impulsion. Ainsi pour une impulsion courte de forte densité, l'échauffement est très bref et l'inoxydabilité demeure, tandis que pour une irradiation longue, le caractère passivable de l'acier est perdu par chute de la teneur en chrome en surface.

Abstract

To ensure the traceability of surgical equipments, parts are now identified by a code engraved by laser treatment. Owing to the repeated cycles of cleaning/disinfection of parts, marked zone is sometimes preferentially corroded, in spite of the passivable nature of initial material. This paper deals with the influence of laser marking of a martensitic stainless steel commonly used in surgery (Z30C13) on its electrochemical properties. Corrosion tests are carried out in saline Ringer's solution, with the purpose of representing the physiological medium. Three laser treatments were investigated, differentiated mainly by their pulse duration (from femtosecond to nanosecond). The different electrochemical behaviours are explained on the basis of metallurgical modifications induced by the thermal effect. A digital modelling by finite elements allows evaluating the temperature profile due to marking. The key-parameter influencing the corrosion resistance seems to be the power density-pulse duration couple. Then, for moderate short impacts, the heating is very short and the material remains passive, whereas for a long irradiation, the passive-ability of steel is lost due to a chromium depletion on surface.