UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

NOMBRE: KAREN MONGE HERRERA

CARRERA: ELCTROMECANICA

NIVEL: SEGUNDO “B”

ING.ROBERTO BELTRAN

ASIGNATURACIENCIA DE LOS MATERIALES

DIFUSION DE LOS METALES

La mayor parte de los procesos y reacciones mas importantes del tratamiento de los materiales se basa en la transferencia de masa, buen dentro de un determinado solido esta transferencia va acompañada inseparablemente por la difusión,

* Mecanismos de Difusión:

A nivel atómico la difusión consistes en la emigración de los átomos de un sitio de la red a otro sitio. En los metales solidos los átomos están en continuo movimiento, cambia rápidamente de posición.

La movilidad atómica exige dos condiciones

* Un lugar vecino vacío

* El átomo debe tener suficiente energía como para romper los enlaces con los átomos vecinos y distorsionar la red durante el desplazamiento.

* Difusión por Vacantes:

Se da por descontado que este proceso necesita la presencia de vacantes y las posibilidades de la difusión de las vacantes en función del número de estos defectos que existan. A elevada temperatura el número de vacantes de un metal es significativo. Puesto que

en el movimiento difusivo los átomos y las vacantes intercambian posiciones.

La autodifusión y la interdifusion ocurren mediante este mecanismo; en la interdifusion los átomos de soluto sustituyen a los átomos del disolvente.

Figura 1: Difusión por vacantes

* Difusión intersticial:

Implica a átomos que van desde una posición intersticial a otra vecina desocupada. El mecanismo tiene lugar por interdifusion de solutos tales como hidrogeno, carbono, nitrógeno y oxigeno que tiene átomos pequeños, idóneos para ocupar posiciones intersticiales.

Los átomos de soluto sustitucionales raramente ocupan posiciones intersticiales y no difunden por este mecanismo.

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En la mayoría de aleaciones la difusión intersticial ocurre mas rápidamente que la difusión por vacantes

Figura 2: Difusión intersticial

* Difusión en Estado Estacionario:

Muchas veces es necesario conocer a que velocidad ocurre la difusión, o la velocidad de transferencia de masa. Normalmente esta velocidad se la expresa como un flujo de masa (J).

El flujo de masa esta definido como la masa o numero de átomos (M) que difunden perpendicularmente a través de la unidad de área de un solido.

J=MAt

Donde:

J: flujo de masa

M: masa

At: área de difusión

El Flujo de Difusión se expresa

en kilogramos o átomos por metro cuadrado por segundo: (Kg/m2 – s) o (átomos/m2 – s).

* Gradiente de concentración:

Este muestra la formar en que la composición de un material varía con la distancia; (Ac) es la diferencia en la concentración a lo largo de una distancia (Dx). Este gradiente puede darse al poner en contacto dos materiales de composición distinta.

J=-DDcDx

Donde:

J: flujo de masa

D: masa

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Dc/Dx: gradiente de concentración

Esta ecuación también conocida como LA PRIMERA LEY DE FICK

Figura 3: Gradiente de difusión (1° LEY DE FICK)

* Difusión En Estado No Estacionario:

En una zona determinada del solido, el flujo de difusión y el gradiente de difusión varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las substancias que difunden.

En condiciones no estacionarias es conveniente utilizar la siguiente ecuación de derivadas parciales:

∂C∂t=∂∂x(D∂C∂x)

Esta ecuación se denomina SEGUNDA LEY DE FICK. Si el coeficiente de difusión es independicen de la composición, lo cual deberá comprobarse para cada situación particular de difusión,

Figura 4: difusión en estado no estacionario

* Factores de Difusión

Energía de Activación: Se puede interpretar como la energía requerida para producir el movimiento

difusivo de un mol de átomos.

Efecto Kirkendall: Movimiento físico de una interfase, debido a distintas velocidad de difusión.

Temperatura: La temperatura ejerce gran influencia en los coeficientes de velocidad e difusión: y esta dependencia cumple la siguiente expresión:

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D=D0exp(-QdRT)

Donde:

D0: factor de frecuencia independiente

Qd: Energía de activación

R: constante de los gases

T: temperatura absoluta

* OTROS TIPOS DE DIFUSION:

Crecimiento de grano: Es el movimiento de los bordes de grano mediante la difusión a fin de reducir el área superficial de bordes de grano. Como resultado los granos pequeños desaparecen y los restantes se hacen mas grandes.

Difusión en borde de grano: Es el movimiento de átomos a lo largo de los bordes de grano. Es más rápida que la difusión volumétrica, ya que los átomos están menos compactos en los bordes de grano.

Difusión en Superficies: Movimiento de los átomos a lo largo de superficies, como grietas o en superficie de partículas.

Difusión Volumétrica: Movimiento de los átomos en el interior de los granos.

BIBLIOGRAFIA

* ASKELAND,DONALD: Ciencia Ingeniería de los Materiales, Thompson,

México 

* CALLISTER, WILLIAN: Introducción a la Ciencia Ingeniería de los Materiales

Reverte S.A., México.

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