As propriedades mecânicas de metais com estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC), tais como nióbio e suas ligas, são alteradas de forma bastante significativa com a adição de elementos intersticiais pesados. Estes elementos intersticiais (oxigênio, nitrogênio e carbono) presentes na matriz metálica ocupam sítios octaedrais e constituem um dipolo elástico de simetria tetragonal, podendo produzir relaxações anelásticas. As amostras utilizadas foram policristais da liga Nb-Ti, contendo 0,3% em peso de Ti. As medidas de espectroscopia anelástica foram efetuadas usando um pêndulo de torção invertido, operando com freqüência da ordem de hertz, em um intervalo de temperatura entre 300 e 700 K, com taxa de aquecimento de 1 K/min. Esta dissertação apresenta estruturas de relaxação termicamente ativadas observadas em amostras da liga Nb - 0,3%pTi, contendo diferentes concentrações de oxigênio em solução sólida. Estas estruturas de relaxação foram atribuídas à reorientação induzida por tensão de átomos intersticiais em tomo de átomos da matriz metálica. Tais estruturas foram analisadas e foram encontrados os seguintes processos de relaxação: Nb-O, Ti-O, Nb-N e Nb-C. Os resultados mostraram também uma relação direta entre as intensidades das estruturas de relaxação e a concentração dos elementos intersticiais presentes nas amostras. / The mechanical properties of metals with body centered cubic (BCC) crystalline structure such as Nb and its alloys are modified of sufficiently significant form with the addition of heavy interstitial elements. These interstitial elements (oxygen, for example) present in the metallic matrix occupy octahedral sites and constitute an elastic dipole of tetragonal symmetry, being able to produce an elastic relaxation. The used samples were polycrystals of the Nb-Ti alloy, having 0.3 % in weight of Ti. The an elastic spectroscopy measurements were taken using an inverted torsion pendulum, operating with frequency of the order of hertz, in a temperature range between 300 and 700 K, with heating rate of 1 K/min. This dissertation shows thermally activated relaxation structures observed in samples of the Nb - 0.3wt.%Ti alloy, having different concentrations of oxygen in solid solution. These relaxation structures were attributed to stress induced ordering of interstitial atoms around the metallic matrix atoms. Such structures were analyzed and were found the following relaxation processes: Nb-O, Ti-O, Nb-N and Nb-C. The results had also shown a direct relation between the intensities of the relaxation structures and the concentration of interstitial elements in the samples.

O estudo da interação de metais com impurezas intersticiais como oxigênio e nitrogênio em solução sólida tem despertado o interesse de pesquisadores de diversas áreas, pois tais impurezas modificam algumas propriedades mecânicas destes metais. A presença destes intersticiais causa um desvio na elasticidade perfeita, chamada anelasticidade. Estudos de espectroscopia anelástica nos fornecem informações a respeito do comportamento destas impurezas na matriz metálica. Nesta dissertação foram analisadas amostras policristalinas da liga Nb-8,9%p.Ta com diferentes concentrações de elementos intersticiais. Foram efetuadas medidas de espectroscopia anelástica utilizando um pêndulo torção invertido, operando com freqüência de 2,0 a 27,0 Hz, num intervalo de temperatura compreendido entre 300 a 700 K. Observamos a presença de estruturas de relaxação que foram atribuídas a processos de relaxação devido à reorientação induzida por tensão de átomos intersticiais em tomo de átomos da matriz metálica. Constatamos, também, a existência de uma relação entre a intensidade da estrutura de relaxação e a concentração de intersticiais. As estruturas de relaxação foram decompostas em seus picos constituintes, que nos permitiu identificar os seguintes processos de relaxação: Ta-O, Nb-O, Nb-O-O e Nb-N. / The study of the metal interaction with interstitial impurities as oxygen and nitrogen in solid solution has aroused the interest of researchers of diverse areas, therefore such impurities modify some mechanical properties of these metaIs. The presence of these interstitials causes a deviation in the perfect elasticity, called anelasticity. Studies of anelastic spectroscopy provide information of the behaviour of these impurities in the metallic matrix. In this dissertation, polycrystalline samples of Nb-8.9%p.Ta alloy have been analysed with different concentrations of interstitials elements. Measurements of anelastic spectroscopy were carried out using an inverted torsion pendulum, operating with frequency of 2.0 to 27.0 Hz and in a temperature range between 300 and 700 K. It was observed the presence of relaxation structures that have been attributed to stress induced ordering due to interstitial atoms around atoms of the metallic matrix. It is also evidenced the existence of a relation between the intensity of the relaxation\'s structures and the interstitials concentration. The relaxation structures have been decomposed in its constituents peaks, what it allowed to identify the following processes of relaxation: Ta-O, Nb-O, Nb-O-O and Nb-N.

Foi estudado o efeito do hidrogênio dissolvido intersticialmente em ligas de nióbio-titânio e nióbio-zircônio. Nas ligas de nióbio-titânio, foram efetuadas medidas de decremento logarítmico por intermédio de medidas de atrito interno em um pêndulo de torção oscilando com freqüência em torno de 4.0 Hz, para amostras puras e dopadas com hidrogênio. Os resultados mostraram a interação do hidrogênio com a matriz metálica através do Efeito Gorsky. Nas ligas de nióbio-zircônio, foram efetuadas medidas de atenuação ultra-sônica para freqüências de 10 e 30 MHz, em amostras puras, contendo hidrogênio e contendo oxigênio e hidrogênio. Os resultados mostraram a interação do hidrogênio com a matriz metálica através de um processo de reorientação induzida por tensão de átomos de hidrogênio localizados em sítios intersticiais tetraedrais em torno de átomos de oxigênio congelados em sítios intersticiais octaedrais, próximos de átomos de nióbio da matriz metálica. / We study the effect of hydrogen dissolved interstitially in niobium-titanium and niobium-zirconium alloys. In the niobimn-titanium alloys, the logarithmic decrement was studied by internal friction measurements in a torsion pendulum with frequency about 4.0 Hz, on pure and hydrogen doped samples. Our results showed the interaction of hydrogen with the metallic matrix by the Gorsky effect. In the niobium-zirconium alloys, the ultrasonic attenuation was measured by the echo-pulse method with frequencies of 10 and 30 MHz, for pure, doped with hydrogen and doped with oxygen and hydrogen. The results have shown the interaction of hydrogen with the metallic matrix by a stress induced ordering of hydrogen atoms localized at tetrahedral sites around frozen oxygen atoms localized in the octahedral sites near the niobium atoms in the metallic matrix.

As medidas de atrito interno tem sido muito usadas para o estudo de relaxações anelásticas devido à intersticiais em metais ou ligas metálicas. Estudou-se o comportamento de ligas de Nb-Zr dopadas com Oxigênio e ligas de Nb-Ti dopadas com Oxigênio e Nitrogênio, através de medidas simultâneas de atrito interno (energia dissipada por oscilação do Pêndulo de Torção) e da dispersão dos valores reativos da constante elástica apropriada. No sistema Nb-Zr-O, o multi espectro de relaxação em função da temperatura foi analisado e foram encontrados processos de relaxação devido à reorientação induzida por tensão de um, dois e três átomos de Oxigênio em torno de um átomo de Nióbio e um átomo de Oxigênio em torno de um átomo de Zircônio. No sistema NB-Ti-O-N, foram encontrados processos de relaxação devido à reorientação induzida por tensão de um e dois átomos de Oxigênio em torno de um átomo de Nióbio e um átomo de Titânio, respectivamente; um átomo de Nitrogênio em torno de um átomo de Nióbio e um átomo de Titânio, respectivamente. Com a ajuda das relações desenvolvidas por Kramers-Krönig, foi possível prever e checar com precisão cada intensidade de relaxação através das medidas da variação relativa da constante elástica apropriada (dispersão). / Internal friction measurements have been very often used for anelastic relaxation investigation in order to detect the existence of the interstitials in metal or metal alloys. The behavior of the Nb-Zr alloys doped with oxygen and the Nb-Ti alloys doped with oxygen and nitrogen have been studied using internal friction and relative elastic constants measurements obtained simultaneously. For Nb-Zr-O system, the multi-relaxation spectrum has been analyzed and relaxation processes due to the stress-induced ordenaring of one, two or three oxygen atoms around one niobium atom and also one oxygen atom around one zirconium atom went found. For Nb-Ti-O-N system, the multi-relaxation spectrum has been analyzed and relaxation processes due to the stress-induced ordenaring of one and two oxygen atoms around one niobium and titanium atoms respectively and one nitrogem atom around one niobium and titanium atoms respectively. With aid of Kramers-Krönig relations, it was possible to preview and check with good accuracy each of relaxation measurements.

Não disponível / Not available

Desde a descoberta dos supercondutores com alta temperatura crítica, muitos estudos têm sido realizados em tomo de suas propriedades fisicas, tentando associá-Ias à supercondutividade. Átomos de oxigênio dissolvidos intersticialmente têm um papel importante na supercondutividade destes materiais, pois são capazes de mover-se com facilidade dentro da rede além de contribuírem na criação de buracos nos planos de CUO2. As medidas de atrito interno são ferramentas sensíveis ao estudo de defeitos em sólidos, em particular a mobilidade de oxigênio intersticial. Neste trabalho, foram analisadas amostras de Bi2Sr2CaCu2O8+δ da maneira como foram recebidas, recozidas e dopadas com diferentes concentrações de oxigênio não estequiométrico. Foram efetuadas medidas de espectroscopia anelástica utilizando um pêndulo de torção invertido tipo Kê, operando com freqüência de oscilação de 11 a 30 Hz, num intervalo de temperatura compreendido entre 88 e 700 K, com taxa de aquecimento de 1 K/min e vácuo em tomo de 10-5 Torr. Foram observadas estruturas de relaxação complexas para as amostras recozidas, que são reversíveis apenas com novos tratamentos de recozimento, atribuídas a possíveis transições de fase estruturais. Para as amostras dopadas com oxigênio, foram observadas estruturas de relaxação que foram atribuídas ao movimento de átomos intersticiais de oxigênio nos planos de BiO. Foi observada também uma relação entre a intensidade dos processos de relaxação e a concentração dos intersticiais presentes nestas amostras. / Since the discovery of the high critical temperature superconductors many studies have been carried out intending to associate their physical properties to the superconductivity mechanisms. The oxygen atoms interstitially dissolved in its structure have an important role in the superconductivity of these materiaIs since they have high mobility capable to move through the net contributing to the generation of holes along the CUO2 plans. The internal friction measurements are a sensitive tool to the study of defects in solids, in particular the mobility of interstitial oxygen. In this work, it had been analyzed samples of Bi2Sr2CaCu2O8+δ in the as received condition, annealed and doped with different concentrations of not stoichiometric oxygen. The anelastic spectroscopy measurements were made using a torsional inverted pendulum of the Kê type, operating with oscillation frequency between 11 and 30 Hz, the applied temperatures are in the range between 88 and 700 K, with heating rate about 1 K/min and vacuum better than 10-5 Torr. Complex structures of relaxation had been observed for the annealed samples, they are reversible only with new annealing treatments. These structures were attributed to possible structural phase transitions. For the oxygen doped samples, the relaxation structures had been attributed to the mobility of interstitial oxygen atoms in the plans of BiO. On these measurements was also observed a relation between the intensity of the relaxation processes and the concentration ofthe interstitial oxygen in these samples.

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Cristina de Carvalho Ares Elisei / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Os elementos intersticiais exercem uma influência significativa nas propriedades mecânicas dos materiais e seu comportamento pode ser investigado por meio de técnicas de Espectroscopia Mecânica em baixa frequência (Pêndulo de Torção). Nestas medidas, são obtidos espectros de atrito interno, que estão associados à reorientação de elementos intersticiais presentes no material ao se aplicar uma tensão mecânica (fenômeno induzido). As amostras utilizadas neste trabalho são de aço inoxidável 316L obtido comercialmente. O material foi preparado em quatro condições: como recebido, tratado termicamente e duas dopagens com pressões diferentes de nitrogênio. Para caracterizar o material foram realizadas medidas de densidade, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva e espectroscopia mecânica. As medidas de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura revelam que as amostras possuem uma estrutura CFC, típica de aços austeníticos. Os espectros de atrito interno das amostras revelam algumas estruturas de relaxação em todas as condições de tratamento, medidas em três diferentes frequências. Essas estruturas foram decompostas em seus processos de relaxação constituintes, associados à reorientação induzida por tensão de elementos intersticiais, como o carbono e nitrogênio, em torno de átomos que compõem o material. A comparação dos espectros de relaxação obtidos em cada condição mostra uma perda na intensidade das estruturas após realizar sucessivas medidas. Os resultados levam a concluir que este fenômeno está relacionado com a perda de elementos intersticiais pelas amostras após o aquecimento em vácuo. / Abstract: The intersticial elements exercise a significant influence in the mechanical properties of the materials and its behavior can be investigated by techniques of mechanical spectroscopy in low frequency (Torsion Pendulum). In these measurements, are obtained internal friction spectra, which are associated to the reorientation of interstitial elements present in the material if applied a mechanical stress (induced phenomenon). The samples used in this study are commercially 316L stainless steel. The material was prepared in four conditions: as received, heat treated and doped with two different pressures of nitrogen. To characterize the material, it was made measurements of density, x-ray diffraction, scanning electronic micrsocopy, electron dispersion spectroscopy and mechanical spectroscopy. The measurements of x-ray diffraction and scanning electronic microscopy reveal that the samples have a CFC structure, typical of austenitic steels. The internal friction spectra, measured in three different frequencies, reveal several relaxation structures in all of the conditions. Those structures were decomposed in their constituent relaxation processes, associates to the stress-induced ordering of interstitial elements, as carbon and nitrogen, around atoms that compose the material. The comparason of the relaxation spectra obtained in each condition shows a loss in the intensity of the relaxation structures after successive measurements. The results take to conclude that this phenomenon is related with the loss of interstitial elements of the samples after the heating in vacuum. / Mestre

The elastic properties of a solid are of considerable interest to both science and technology. Not only do they contain fundamental information about the nature of the inter-atomic bonding in the material, but they also determine the mechanical behavior of solids. In the past few years, considerable effort has been devoted to the study of elastic properties of bulk metallic glasses (BMGs), a relatively new class of metallic materials that display a unique combination of mechanical and physical properties. Our research has focused on Zr-based, Cu-based and Ca-based metallic glasses. Zr-based BMGs are known to have superior glass forming ability and high strength, but their ductility is too low for wide-spread practical applications. Cu-based BMGs recently received wide interest because of their low cost and good mechanical properties. Ca-based BMGs have low glass transition temperature Tg, around 390 K, which make them very attractive to be studied near Tg. In this work, resonant ultrasound spectroscopy (RUS) has been applied to study the elastic properties of above mentioned BMGs from 5 K to their glass transition temperature Tg. RUS is a novel technique for determining the elastic moduli of solids, based on the measurement of the resonances of a freely vibrating body. In an RUS experiment, the mechanical resonances of a freely vibrating solid of known shape are measured, and an iteration procedure is used to “match” the measured lines with the calculated spectrum. This allows determination of all elastic constant of the solid from a single frequency scan. Below Tg, the elastic constants of the BMGs under investigation show “normal” behavior, i.e. with increasing temperature, all moduli decrease and Poisson ratio increases. Above Tg changes in the trends occur due to structural relaxation and crystallization. We confirmed the suggested link between ductility and Poisson ratio: BMGs showing good ductility display high Poisson ratio. By increasing palladium content in Zr50Cu40-xAl10Pdx alloys, BMGs with high Poisson ratio and thus good ductility have been obtained. In addition, we developed a simple model to provide fast and good estimate of the temperature dependence of elastic constants of BMGs from room temperature measurements. Keywords: Elastic properties; Bulk metallic glasses (BMGs); Resonant ultrasound spectroscopy (RUS); Internal friction.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-06-30Bitstream added on 2014-06-13T19:50:18Z : No. of bitstreams: 1 nascimento_rm_me_bauru.pdf: 3217433 bytes, checksum: 4db978f65eff59d8b027881dac872d0f (MD5) / Secretaria de Educação do Estado de São Paulo / Desde a descoberta dos supercondutores com alta Tc, vários trabalhos têm sido efetuados sobre as diferentes propriedades destes materiais. As cerâmicas Y'BA IND.2' C IND.U 'IND.3' 'O IND. 7-'delta' mostraram que tem suas propriedades supercondutoras fortemente afetadas pela quantidade de oxigênio. Mais recentemente, medidas de relaxações anelásticas em 'LA IND.2'CU 'O IND. 4+'delta' mostraram que a remoção deste elemento pode ser relacionada com dois eventos. Um deles é o decréscimo na mobilidade entre dois planos adjacentes CuO e o outro, é o aumento no número de padrões de mobilidade para os octaedros CU 'O IND. 6'. Para SM'BA IND.2' C IND.U 'IND.3' 'O IND. 7-'delta' (SBCO), a possibilidade de uma estequiometria de oxigênio variável e sua alta mobilidade nos planos... / Since the discovery of the high Tc superconductors, several works have been made about the different propoerties of these materials. Y'BA IND.2' C IND.U 'IND.3' 'O IND. 7-'delta' ceramic showed to have its superconducting properties strongly affected by the oxygen content. More recently, anelastic relaxation measurements in 'LA IND.2'CU 'O IND. 4+'delta', showed that the remotion of this element can be related to two events. One is the decrease in mobility between two adjacent CuO planes, and the other is the increase in the number of tilting patterns of the Cu 'O IND. 6' octahedra. For SM'BA IND.2' C IND.U 'IND.3' 'O IND. 7-'delta' (SBCO), the possibility of variable stoichiometry and the high mobility of oxygen in the... (Complete abstract, click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-07-26Bitstream added on 2014-06-13T20:55:48Z : No. of bitstreams: 1 ruiz_slm_me_bauru.pdf: 2192479 bytes, checksum: 69f94a0515d295047a14f126eaa6fb64 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O crescente aumenta na expectativa de vida da população tem resultado numa igual demanda e procura por biomateriais metálicos. Biomateriais metálicos são utilizados na substituição ou recuperação de ombros, joelhos, quadril e cotovelos. As ligas a base de Ti são materiais promissores para tais fins, pois apresentam uma excelente biocompatibilidade, ótima resistência à corrosão em meio biológico. Essas características são grandemente influenciadas pela presença de elementos substitucionais e oxigênio intersticial e a técnica do atrito interno constitui um aliado bastante importante na análise dos resultados deste trabalho. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é analisar a influência do exigênio intersticial nas propriedades das ligas Ti-8Ta e Ti-16Ta (% em peso). As medidas de atrito interno foram utilizadas para obtenção do módulo de elasticidade dinâmico das ligas estudadas, pois esta grandeza está experimentalmente associada ao amortecimento das vibrações livres do sistema, a dissipação de energia elástica e a frequencia de oscilação do sistema. Para tais medidas empregou-se um Pêndulo de Torção com frequencia de oscilação de aproximadamente 30Hz e temperatura na faixa de 230 a 350K. As ligas estudadas passaram por processos de tratamento térmico e dopagens com oxigênio e foram caracterizadas por medidas de densidade, difração de raios X e posterior refinamento de Rietveld, microdureza, módulo de elasticidade e testes de citotoxicidade in vitro. Os testes iniciais de biocompatibilidade mostram que não houve nenhuma resposta citotóxica, originando resposta celular satisfatória. As medidas de microdureza apresentam valores menores que os encontrados na literatura e as medidas de raios X mostram picos característicos da fase 'alfa' do titânio. Na análise de Rietveld verificou-se a presença de estrutura martensítica 'alfa' e fase 'beta' para... / The accelerating increase in life expectancy of the population has resulted in greater demand and more searches for metallic biomaterials. Metallic are extensively used in the replacement or restoration fo shoulders, knees, hips and elbows. Ti-based alloys are promising materials for such purposes, because they present excellent biocompatibility, a great mechanical strengh/density relation and a high corrosion resistance in a biological medium. These characteristics are greatly influenced by the presence of substitutional elements and interstitial oxygen. The internal friction technique is a very important ally in the analysis of the results of this work. Thus, the purpose of this work is to analyze the influence of insterstitial oxygen on the properties of Ti-8Ta and Ti-16Ta alloys (wt%). Internal friction measurements were used to obtain the dynamic elasticity modulus of the alloys studied, because this quantity is experimentally associated with the damping of free vibration of the sytem, which is related to the elastic energy dissipation and the oscillation frequency of the system. For such measurements, a torsion pendulum was employed, with an oscillation frequency of approximately 30 Hz and temperature in the range of 230-350 K. The alloys underwent heat treatment and oxygen doping processes, and were characterized by density, x-ray diffraction and subsequent refinement of Rietveld, microhardness and elasticity modulus measurements, and in vitro cytotoxicity tests. The initial biocompatibility tests showed that there was no cytotoxic answer, giving origin to a satisfactory cellular response. Microhardness measurements had values less than found in the literature, and x-rays showed characteristic peak of the titanium 'alfa' phase. In the Rietveld analysis, observed were the presence of martensitic 'alfa' structure and a 'beta' phase for all sample and conditions studied. The ... (Complete abstract click electronic access below)