O objetivo desta dissertação consiste no estudo da difusão dos intersticiais, 15N e 18O, em uma matriz de α-Ti. A motivação se origina do fato de haver na literatura resultados contraditórios sobre o comportamento difusivo destes elementos, e de estudar a influência de impurezas presentes na matriz sobre os coeficientes de difusão obtidos para átomos intersticiais. Os elementos foram introduzidos na matriz utilizando a técnica de implantação iônica. As implantações foram realizadas com os seguintes parâmetros: Para o 15N, energia de implantação foi E = 75 keV, com uma dose Φ = 6 x 1016 átomos/cm², resultando numa concentração de pico de aproximadamente 8 át. %. Para o 18O, a energia de implantação foi E = 50 keV, com uma dose Φ = 3 x 1016 átomos/cm², resultando numa concentração de pico de aproximadamente 6 át. %. Ambas as concentrações de pico estão bem abaixo do limite de solubilidade sólida dos respectivos elementos em α-Ti. A dependência do coeficiente de difusão com a temperatura foi estudada nos intervalos de temperatura de 673 a 1024 K para o 15N, e de 623 a 873 K para o 18O. Os perfis de concentração foram determinados utilizando a técnica de reação nuclear ressonante (NRA), que possui uma alta resolução em profundidade (~1nm). As medidas realizadas mostraram que, para ambos os elementos estudados, os coeficientes de difusão seguem uma representação linear de Arrhenius. A partir dela, foram encontrados os seguintes parâmetros característicos de difusão: Q = (183 ± 2) kJ/mol e D0 = (1,1 ± 0,8) x 10-7 m²/s para o 15N, e Q = (169 ± 5) kJ/mol e D0 = (2,0 ± 1,0) x 10-7 m²/s para o 18O, os quais são típicos de um comportamento intersticial normal. A comparação dos presentes resultados com os publicados anteriormente nos leva a concluir que a presença de impurezas na matriz de α-Ti influencia de forma significativa os parâmetros característicos da difusão de ambos elementos. / The main objective of the present work is to study the diffusion behavior of the 15N and 18O interstitials in a α-Ti matrix. This study was motivated by a similar one of the diffusion of 18O in α-Hf, where it was demonstrated that the purity of the matrix has a strong influence on the diffusion parameters Q e D0. With this aim, we have implanted the α-Ti matrix with the above mentioned diffusers. The implantation parameters were, for 15N: energy E = 75 keV and fluence Φ = 6 x 1016 at/cm² which give a peak concentration of around 8 at%. Instead, parameters for 18O were E = 50 keV and Φ = 3 x 1016 at/cm², which gives a peak concentration of around 6 at%. In both cases the peak concentrations were below the respective solid solubility in α-Ti. The temperature range for both systems were 673 – 1024 K for 15N, and 623 – 873 K for 18O. The as-implanted and diffused concentration profiles were determined using resonant nuclear reaction technique which, on average, has a depth resolution of 1 nm. The results of the present investigations show that, for both elements, the corresponding diffusion coefficients follow an Arrhenius behavior, characterized by the following parameters: Q = (183 ± 2) kJ/mol e D0 = (1,1 ± 0,8) x 10-7 m²/s for 15N, and Q = (169 ± 5) kJ/mol e D0 = (2,0 ± 1,0) x 10-7 m²/s for 18O. Which are typical of a normal interstitial diffusion behavior. However, in both cases, is shown that the impurity content of the matrix play a significant role on the diffusion behavior of the interstitials atoms.

O objetivo desta dissertação consiste no estudo da difusão dos intersticiais, 15N e 18O, em uma matriz de α-Ti. A motivação se origina do fato de haver na literatura resultados contraditórios sobre o comportamento difusivo destes elementos, e de estudar a influência de impurezas presentes na matriz sobre os coeficientes de difusão obtidos para átomos intersticiais. Os elementos foram introduzidos na matriz utilizando a técnica de implantação iônica. As implantações foram realizadas com os seguintes parâmetros: Para o 15N, energia de implantação foi E = 75 keV, com uma dose Φ = 6 x 1016 átomos/cm², resultando numa concentração de pico de aproximadamente 8 át. %. Para o 18O, a energia de implantação foi E = 50 keV, com uma dose Φ = 3 x 1016 átomos/cm², resultando numa concentração de pico de aproximadamente 6 át. %. Ambas as concentrações de pico estão bem abaixo do limite de solubilidade sólida dos respectivos elementos em α-Ti. A dependência do coeficiente de difusão com a temperatura foi estudada nos intervalos de temperatura de 673 a 1024 K para o 15N, e de 623 a 873 K para o 18O. Os perfis de concentração foram determinados utilizando a técnica de reação nuclear ressonante (NRA), que possui uma alta resolução em profundidade (~1nm). As medidas realizadas mostraram que, para ambos os elementos estudados, os coeficientes de difusão seguem uma representação linear de Arrhenius. A partir dela, foram encontrados os seguintes parâmetros característicos de difusão: Q = (183 ± 2) kJ/mol e D0 = (1,1 ± 0,8) x 10-7 m²/s para o 15N, e Q = (169 ± 5) kJ/mol e D0 = (2,0 ± 1,0) x 10-7 m²/s para o 18O, os quais são típicos de um comportamento intersticial normal. A comparação dos presentes resultados com os publicados anteriormente nos leva a concluir que a presença de impurezas na matriz de α-Ti influencia de forma significativa os parâmetros característicos da difusão de ambos elementos. / The main objective of the present work is to study the diffusion behavior of the 15N and 18O interstitials in a α-Ti matrix. This study was motivated by a similar one of the diffusion of 18O in α-Hf, where it was demonstrated that the purity of the matrix has a strong influence on the diffusion parameters Q e D0. With this aim, we have implanted the α-Ti matrix with the above mentioned diffusers. The implantation parameters were, for 15N: energy E = 75 keV and fluence Φ = 6 x 1016 at/cm² which give a peak concentration of around 8 at%. Instead, parameters for 18O were E = 50 keV and Φ = 3 x 1016 at/cm², which gives a peak concentration of around 6 at%. In both cases the peak concentrations were below the respective solid solubility in α-Ti. The temperature range for both systems were 673 – 1024 K for 15N, and 623 – 873 K for 18O. The as-implanted and diffused concentration profiles were determined using resonant nuclear reaction technique which, on average, has a depth resolution of 1 nm. The results of the present investigations show that, for both elements, the corresponding diffusion coefficients follow an Arrhenius behavior, characterized by the following parameters: Q = (183 ± 2) kJ/mol e D0 = (1,1 ± 0,8) x 10-7 m²/s for 15N, and Q = (169 ± 5) kJ/mol e D0 = (2,0 ± 1,0) x 10-7 m²/s for 18O. Which are typical of a normal interstitial diffusion behavior. However, in both cases, is shown that the impurity content of the matrix play a significant role on the diffusion behavior of the interstitials atoms.

O objetivo desta dissertação consiste no estudo da difusão dos intersticiais, 15N e 18O, em uma matriz de α-Ti. A motivação se origina do fato de haver na literatura resultados contraditórios sobre o comportamento difusivo destes elementos, e de estudar a influência de impurezas presentes na matriz sobre os coeficientes de difusão obtidos para átomos intersticiais. Os elementos foram introduzidos na matriz utilizando a técnica de implantação iônica. As implantações foram realizadas com os seguintes parâmetros: Para o 15N, energia de implantação foi E = 75 keV, com uma dose Φ = 6 x 1016 átomos/cm², resultando numa concentração de pico de aproximadamente 8 át. %. Para o 18O, a energia de implantação foi E = 50 keV, com uma dose Φ = 3 x 1016 átomos/cm², resultando numa concentração de pico de aproximadamente 6 át. %. Ambas as concentrações de pico estão bem abaixo do limite de solubilidade sólida dos respectivos elementos em α-Ti. A dependência do coeficiente de difusão com a temperatura foi estudada nos intervalos de temperatura de 673 a 1024 K para o 15N, e de 623 a 873 K para o 18O. Os perfis de concentração foram determinados utilizando a técnica de reação nuclear ressonante (NRA), que possui uma alta resolução em profundidade (~1nm). As medidas realizadas mostraram que, para ambos os elementos estudados, os coeficientes de difusão seguem uma representação linear de Arrhenius. A partir dela, foram encontrados os seguintes parâmetros característicos de difusão: Q = (183 ± 2) kJ/mol e D0 = (1,1 ± 0,8) x 10-7 m²/s para o 15N, e Q = (169 ± 5) kJ/mol e D0 = (2,0 ± 1,0) x 10-7 m²/s para o 18O, os quais são típicos de um comportamento intersticial normal. A comparação dos presentes resultados com os publicados anteriormente nos leva a concluir que a presença de impurezas na matriz de α-Ti influencia de forma significativa os parâmetros característicos da difusão de ambos elementos. / The main objective of the present work is to study the diffusion behavior of the 15N and 18O interstitials in a α-Ti matrix. This study was motivated by a similar one of the diffusion of 18O in α-Hf, where it was demonstrated that the purity of the matrix has a strong influence on the diffusion parameters Q e D0. With this aim, we have implanted the α-Ti matrix with the above mentioned diffusers. The implantation parameters were, for 15N: energy E = 75 keV and fluence Φ = 6 x 1016 at/cm² which give a peak concentration of around 8 at%. Instead, parameters for 18O were E = 50 keV and Φ = 3 x 1016 at/cm², which gives a peak concentration of around 6 at%. In both cases the peak concentrations were below the respective solid solubility in α-Ti. The temperature range for both systems were 673 – 1024 K for 15N, and 623 – 873 K for 18O. The as-implanted and diffused concentration profiles were determined using resonant nuclear reaction technique which, on average, has a depth resolution of 1 nm. The results of the present investigations show that, for both elements, the corresponding diffusion coefficients follow an Arrhenius behavior, characterized by the following parameters: Q = (183 ± 2) kJ/mol e D0 = (1,1 ± 0,8) x 10-7 m²/s for 15N, and Q = (169 ± 5) kJ/mol e D0 = (2,0 ± 1,0) x 10-7 m²/s for 18O. Which are typical of a normal interstitial diffusion behavior. However, in both cases, is shown that the impurity content of the matrix play a significant role on the diffusion behavior of the interstitials atoms.