A perda de energia de íons na matéria é um tópico importante não apenas devido à sua direta aplicação nas técnicas de análises de materiais mas também na compreensão da interação íon-átomo. O conhecimento preciso do poder de freamento de íons pesados a baixas energias é cada vez mais necessário em ciências dos materiais assim como na física nuclear básica, como por exemplo, no Método da Atenuação do Deslocamento Doppler (DSAM, na sigla em inglês). Nessa técnica, o conhecimento do poder de freamento é utilizado para determinar uma referência temporal para o decaimento nuclear enquanto em recuo em um substrato, tipicamente Au ou Pb. No entanto, o freamento de íons pesados em sólidos é ainda pouco compreendido principalmente com respeito a região de baixas energias devido às dificuldades adicionais que surgem da complicada dependência entre o estado de carga do projétil e sua velocidade instantânea no freador. Como modelos teóricos não são capazes de fornecer fornecer previsões quantitativas confiáveis, os principais modelos utilizados atualmente são de natureza semiempírica. O principal objetivo desse trabalho se concentra na obtenção de novos dados experimentais na região de energia de 100-500 keV/u.m.a., para o freamento de Ti, V, Cr, Co, Ni em Au e Ge e de Ti e Cr em Pb. Os dados experimentais com os íons de Ti, V e Cr foram obtidos utilizando a técnica de espalhamento elástico, na qual o feixe primário é espalhado por átomos de um fino alvo ( 100µg/cm²). O feixe primário espalhado produz átomos do alvo com baixas energia em recuo numa determinada direção. Os experimentais com íons de Co e Ni foram obtidos utilizando um arranjo de ToF-E (Time of Flight - Energy ) que permite a medida do freamento ao longo de uma região contínua de energia. Nesta técnica, para a produção de um feixe com ampla distribuição em energia, o feixe primário monoenergético é espalhado por substrato de Au. Os dados experimentais foram comparados com as previsões da Teoria Binária (TB) e Aproximação de Convolução Unitária (ACU) e dos modelos semiempíricos de Ziegler, Biersack e Littmark (ZBL) e de Northcliffe e Schilling (NS). Apesar dos modelos descreverem razoavelvii mente bem os freamentos de Ti, V e Cr em Au, os dados experimentais para o freamento de Ni em Au, por exemplo, chegam a ser 2 vezes maiores que as previsões de ZBL. / The energy loss of ions in materials is an important issue not only because of its direct applications on material analysis techniques, but also for the understanding of the interactions. Accurate knowledge of heavy ion stopping power at low energies is necessary in materials science as well as in basic physics, e. g. in the Doppler Shift Attenuation Method (DSAM). In this technique the knowledge of stopping power is used to determine the timescale for the decaying nuclei while slowing down in a heavy substrate, usually Au or Pb. Nevertheless, the stopping power of solids for heavy ions is still poorly known. Regarding to low energies, this is especially true due to additional difficulties arising from a complicated dependence of the projectile charge state and its istantaneous velocity in the medium. Since theoretical models are unable to produce reliable quantitative predictions, most models currently in use are of semiempirical nature. The main aim of this work is to present new experimental data in the energy range 100-500 keV/u for Ti, V, Cr, Co and Ni ions slowing down in Au and Ge, and Ti and Cr ions slowing down in Pb. Experimental data for Ti, V, Cr ions were obtained using the elastic recoil technique, where a primary beam is scattered by heavy ions from a thin target (100µg/cm²). The scattered primary beam produces recoiling atoms of the target at low energies and at a given direction, where it is placed the stoppers. Experimental data for Co and Ni ions were obtained using a ToF-E apparatus (Time of Flight - Energy detection system) which allows measuring stopping over a continuous energy range. To produce a beam of Co, for instance, with broad energy range its monoenergetic beam is scattered away by a Au substract. Our experimental data were compared to TB and UCA theories and ZBL and NS semiempical models. Although there is an overall agreement between experiment and theory for Ti, V and Cr ions, the experimental stopping power for Ni in Au, for instance, is about 2 times greater than the ZBL prediction.

A perda de energia de íons na matéria é um tópico importante não apenas devido à sua direta aplicação nas técnicas de análises de materiais mas também na compreensão da interação íon-átomo. O conhecimento preciso do poder de freamento de íons pesados a baixas energias é cada vez mais necessário em ciências dos materiais assim como na física nuclear básica, como por exemplo, no Método da Atenuação do Deslocamento Doppler (DSAM, na sigla em inglês). Nessa técnica, o conhecimento do poder de freamento é utilizado para determinar uma referência temporal para o decaimento nuclear enquanto em recuo em um substrato, tipicamente Au ou Pb. No entanto, o freamento de íons pesados em sólidos é ainda pouco compreendido principalmente com respeito a região de baixas energias devido às dificuldades adicionais que surgem da complicada dependência entre o estado de carga do projétil e sua velocidade instantânea no freador. Como modelos teóricos não são capazes de fornecer fornecer previsões quantitativas confiáveis, os principais modelos utilizados atualmente são de natureza semiempírica. O principal objetivo desse trabalho se concentra na obtenção de novos dados experimentais na região de energia de 100-500 keV/u.m.a., para o freamento de Ti, V, Cr, Co, Ni em Au e Ge e de Ti e Cr em Pb. Os dados experimentais com os íons de Ti, V e Cr foram obtidos utilizando a técnica de espalhamento elástico, na qual o feixe primário é espalhado por átomos de um fino alvo ( 100µg/cm²). O feixe primário espalhado produz átomos do alvo com baixas energia em recuo numa determinada direção. Os experimentais com íons de Co e Ni foram obtidos utilizando um arranjo de ToF-E (Time of Flight - Energy ) que permite a medida do freamento ao longo de uma região contínua de energia. Nesta técnica, para a produção de um feixe com ampla distribuição em energia, o feixe primário monoenergético é espalhado por substrato de Au. Os dados experimentais foram comparados com as previsões da Teoria Binária (TB) e Aproximação de Convolução Unitária (ACU) e dos modelos semiempíricos de Ziegler, Biersack e Littmark (ZBL) e de Northcliffe e Schilling (NS). Apesar dos modelos descreverem razoavelvii mente bem os freamentos de Ti, V e Cr em Au, os dados experimentais para o freamento de Ni em Au, por exemplo, chegam a ser 2 vezes maiores que as previsões de ZBL. / The energy loss of ions in materials is an important issue not only because of its direct applications on material analysis techniques, but also for the understanding of the interactions. Accurate knowledge of heavy ion stopping power at low energies is necessary in materials science as well as in basic physics, e. g. in the Doppler Shift Attenuation Method (DSAM). In this technique the knowledge of stopping power is used to determine the timescale for the decaying nuclei while slowing down in a heavy substrate, usually Au or Pb. Nevertheless, the stopping power of solids for heavy ions is still poorly known. Regarding to low energies, this is especially true due to additional difficulties arising from a complicated dependence of the projectile charge state and its istantaneous velocity in the medium. Since theoretical models are unable to produce reliable quantitative predictions, most models currently in use are of semiempirical nature. The main aim of this work is to present new experimental data in the energy range 100-500 keV/u for Ti, V, Cr, Co and Ni ions slowing down in Au and Ge, and Ti and Cr ions slowing down in Pb. Experimental data for Ti, V, Cr ions were obtained using the elastic recoil technique, where a primary beam is scattered by heavy ions from a thin target (100µg/cm²). The scattered primary beam produces recoiling atoms of the target at low energies and at a given direction, where it is placed the stoppers. Experimental data for Co and Ni ions were obtained using a ToF-E apparatus (Time of Flight - Energy detection system) which allows measuring stopping over a continuous energy range. To produce a beam of Co, for instance, with broad energy range its monoenergetic beam is scattered away by a Au substract. Our experimental data were compared to TB and UCA theories and ZBL and NS semiempical models. Although there is an overall agreement between experiment and theory for Ti, V and Cr ions, the experimental stopping power for Ni in Au, for instance, is about 2 times greater than the ZBL prediction.

O ensaio do anel consiste na compressão de uma amostra em formato de anel com as proporções 6:3:2 (diâmetro externo; diâmetro interno; altura) que foi deformada em sua altura. Neste trabalho realizaram-se ensaios de compressão de anel para três ordens de grandeza de velocidades de deformação: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, e dois graus de redução na altura: 20% e 50%. Os ensaios foram realizados em duas condições, uma na qual os ensaios sucessivos foram realizados na mesma posição da ferramenta sem polimento da mesma e outra na qual entre ensaios consecutivos, as ferramentas foram polidas recuperando sua condição superficial inicial. Para cada condição ensaiada sobre superfície polida foram realizadas 10 réplicas. Para ensaios sobre superfície sem polimento intermediário foram realizadas 10 compressões de anéis consecutivas. As ferramentas foram fabricadas de aço ferramenta e os corpos de prova, anéis, em aço SAE 1020 nas dimensões 18 x 9 x 6 mm (raio externo, raio interno e altura). Nas observações das superfícies de trabalho bem como das microestruturas foi utilizado microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura. Para os ensaios com polimento das ferramentas entre ensaios observou-se que: a) A elevação da redução de altura não resultou na variação do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 50% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. Para os ensaios sem polimento intermediário das ferramentas observou-se que: a) O aumento da redução de altura elevou significativamente o valor do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 20% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. A análise da superfície das ferramentas mostrou qualitativamente que nos ensaios sem polimento intermediário das ferramentas realizados com 50% de deformação a adesão do material do anel sobre a ferramenta era maior do que para os ensaios realizados com 20%. Atribuiu-se a elevação do coeficiente de atrito em relação aos ensaios com polimento intermediário das ferramentas à adesão de material. / The test consists of the compression of a ring-shaped sample in the proportion of 6:3:2 (outer diameter; inner diameter; thickness) that was deformed along its height. Ring compression tests were performed with conformation speed in three orders of magnitude: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, and two height reduction degrees: 20% and 50%. The experiments were performed in two different conditions: one in which successive tests were performed in the same tool position without polishing it, and another in which the tools were polished between successive tests, recovering its surfaces initial condition. The test under the polished surface condition was repeated 10 times. For the test of surfaces without intermediate polishing, 10 consecutive ring compressions were performed. The dies were made of High Speed Steel and the specimens were made of SAE 1020 steel with dimensions of 18 x 9 x 6 mm (outer radius, inner radius and thickness). The working surface and the microstructures were analyzed with optical microscope and scanning electron microscope. The tests with intermediate tool polishing presented the following results: a) an increase in the height reduction degree did not result in variation of the friction coefficient in the three studied conformation speed. b) In the tests with 50% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The tests without intermediate tool polishing showed that: a) an increase in the height reduction degree significantly increased the friction coefficient for the three studied conformation speed. b) In the tests with 20% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The qualitative analysis of the tool surface showed that in the tests without intermediate tool polishing performed with 50% of deformation, the adhesion of ring material on the tool was greater than in the tests with 20% of deformation. The increase in the friction coefficient in relation to the tests with intermediate polishing was attributed to adhesion of material.

O ensaio do anel consiste na compressão de uma amostra em formato de anel com as proporções 6:3:2 (diâmetro externo; diâmetro interno; altura) que foi deformada em sua altura. Neste trabalho realizaram-se ensaios de compressão de anel para três ordens de grandeza de velocidades de deformação: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, e dois graus de redução na altura: 20% e 50%. Os ensaios foram realizados em duas condições, uma na qual os ensaios sucessivos foram realizados na mesma posição da ferramenta sem polimento da mesma e outra na qual entre ensaios consecutivos, as ferramentas foram polidas recuperando sua condição superficial inicial. Para cada condição ensaiada sobre superfície polida foram realizadas 10 réplicas. Para ensaios sobre superfície sem polimento intermediário foram realizadas 10 compressões de anéis consecutivas. As ferramentas foram fabricadas de aço ferramenta e os corpos de prova, anéis, em aço SAE 1020 nas dimensões 18 x 9 x 6 mm (raio externo, raio interno e altura). Nas observações das superfícies de trabalho bem como das microestruturas foi utilizado microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura. Para os ensaios com polimento das ferramentas entre ensaios observou-se que: a) A elevação da redução de altura não resultou na variação do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 50% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. Para os ensaios sem polimento intermediário das ferramentas observou-se que: a) O aumento da redução de altura elevou significativamente o valor do coeficiente de atrito para as três velocidades estudadas. b) Para 20% de deformação a elevação da velocidade resultou numa pequena, porém significativa redução do coeficiente de atrito. A análise da superfície das ferramentas mostrou qualitativamente que nos ensaios sem polimento intermediário das ferramentas realizados com 50% de deformação a adesão do material do anel sobre a ferramenta era maior do que para os ensaios realizados com 20%. Atribuiu-se a elevação do coeficiente de atrito em relação aos ensaios com polimento intermediário das ferramentas à adesão de material. / The test consists of the compression of a ring-shaped sample in the proportion of 6:3:2 (outer diameter; inner diameter; thickness) that was deformed along its height. Ring compression tests were performed with conformation speed in three orders of magnitude: 3,00; 0,30; 0,03 mm/s, and two height reduction degrees: 20% and 50%. The experiments were performed in two different conditions: one in which successive tests were performed in the same tool position without polishing it, and another in which the tools were polished between successive tests, recovering its surfaces initial condition. The test under the polished surface condition was repeated 10 times. For the test of surfaces without intermediate polishing, 10 consecutive ring compressions were performed. The dies were made of High Speed Steel and the specimens were made of SAE 1020 steel with dimensions of 18 x 9 x 6 mm (outer radius, inner radius and thickness). The working surface and the microstructures were analyzed with optical microscope and scanning electron microscope. The tests with intermediate tool polishing presented the following results: a) an increase in the height reduction degree did not result in variation of the friction coefficient in the three studied conformation speed. b) In the tests with 50% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The tests without intermediate tool polishing showed that: a) an increase in the height reduction degree significantly increased the friction coefficient for the three studied conformation speed. b) In the tests with 20% of height reduction degree, an increase in the conformation speed resulted in a small but significant decrease in the friction coefficient. The qualitative analysis of the tool surface showed that in the tests without intermediate tool polishing performed with 50% of deformation, the adhesion of ring material on the tool was greater than in the tests with 20% of deformation. The increase in the friction coefficient in relation to the tests with intermediate polishing was attributed to adhesion of material.