4. DIFUSINFenmeno de transporte de masa por movimiento atmico (en el caso de metales); de cationes y aniones (caso de cermicas inicas) y de macromolculas (caso de polmeros).

Cambios de energa libre y potencial qumico durante la difusin (A) y (B) Difusin hacia abajo. (C) y (D) Difusin hacia arriba. (E) 2A > 1A por tanto los tomos de A se mueven desde (2) a (1), 1B > 2B por tanto los tomos de B se mueven desde (1) a (2). (F) Cuando 1A > 2A, los tomos de A se mueven desde (1) a (2), cuando 2B > 1B los tomos de B se mueven desde (2) a (1).

DIFUSINMateria se transporta a travs de la materia.

Fenmeno de transporte por movimiento atmico: Gases, lquidos, slidos

Ritmo de difusin o movimiento atmico

Los tomos y tambin los defectos, se desplazan en el material dependiendo de su energa trmica (excitacin) y por tanto de su temperatura.

Las partculas que pueden difundirse son aquellas que a una determinada temperatura, T, tienen una energa mayor o igual que E*, esto es:

Velocidad de procesos en slidos Donde: nv = nmero de tomos o molculas con una energa mayor que E* N = N total de tomos o molculas presentes en el sistemaE* = Energa de ActivacinT = Temperatura absolutaK = Constante de Boltzmann k: 8,62x10-5 eV/tomo-KA = ConstanteNv/N = fraccin de sitios reticularesArrhenius encontr experimentalmente una expresin similar a la de Boltzmann para las energas de molculas en un gas

Ejemplo 1. A 400C la fraccin de sitios reticulares vacantes del Al es 2,29x10-5. Calcule la fraccin a 660C. Se sabe que se requiere de 0,76 eV de energa para crear una sola vacante en la estructura del Al.

Ejemplo 2. Calcule: (a) el N de vacantes en equilibrio por m3 en el Cu puro a 500C y (b) la fraccin de vacantes a 500C tambin del Cu puro, cuya energa de activacin es 0,90 eV.

Mecanismos de difusinEl movimiento de tomos de un sitio a otro ocurrir cuando:La posicin reticular prxima est vacaLos tomos deben tener suficiente energa como para romper enlace con sus tomos vecinos y distorsionar la red durante el desplazamiento.

Existen los siguientes mecanismos

Diffusion Mechanismhttp://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_en/kap_3/backbone/r3_2_1.html#_dum_2Modos de difusinEn volumen a travs de toda la masa del materialA travs de los lmites de granoA travs de las superficies

Indirect interstitial mechanism for self-interstitials

The "kick-out" mechanism for impurity atoms

The Frank-Turnbull mechanisms (or dissociative mechanism).

Various direct diffusion mechanisms

La energa de activacin en la autodifusin se incrementa conforme es mayor el punto de fusin del metal.

Proceso de Difusin1ra. Ley de Fick D Depende: Tipo de mecanismo de difusinTemperatura a la que tiene lugar la difusinTipo de estructura de la matrizTipo de defectos cristalinosConcentracin de las especies que se difundenFlujo= Masa o N de tomos que difunden por unidad de rea Gradiente de concentracin

Estructura cristalina del disolvente

Difusividad del C en Fe es de 10-12 m2/s a 500CDifusividad del C en Fe es de 5x10-15 m2/s a 500C

Cul es la razn de que el Fe es mayor que el Fe?

Tipo de defectos cristalinos (ejemplo, en los lmites de grano la difusin es ms rpida que en la matriz del mismo, vanactes en exceso incrementa la velocidad de difusin)

La energa de activacindel C en Fe es de 122 KJ/moldel C en Fe es de 142 KJ/mol

Ejemplo 3.Calcular el coeficiente de difusin del Mg en Al a 400C. Do = 1,2x10-4 m2/s y Q = 131 KJ/mol

Ejemplo 4.Comparar los coeficientes de difusin para el C y el Ni en Fe a 1000C y explicar la diferencia.Datos:QC en F es de 142 KJ/mol y Do C = 20x10-6 m2/sQNi en Fe es de 280 KJ/mol y Do Ni = 77x10-6 m2/s

Ejemplo 5.El coeficiente de difusin para el Al en el Cu es 2,5x10-20 cm2/s a 200C y 3,1x10-13 cm2/s a 500C. Calcular la Energa de Activacin.

Ejemplo 5La superficie del acero puede endurecerse mediante carburizacin, es decir difusin de C en el acero, desde un medio rico en C. Durante un tratamiento a 1000C hay una cada en la concentracin del C de 5% al 4% a una distancia entre 1 y 2 mm desde la superficie del acero. Estime el flujo de tomos de C hacia el acero en esta regin cercana a la superficie ( Fe = 7,63 g/cm3)

Difusin en estado no EstacionarioSegunda Ley de difusin de Fick

Un gas A se difunde en un slido B.A medida que el tiempo progresa, la concentracin de tomos de soluto en cualquier punto del slido en la direccin x aumentar, como se indica con los tiempos t1 y t2.

Si la difusividad del gas A en el slido B es independiente de la posicin, entonces la solucin a la segunda ley de Fick CS = concentracin superficial del elemento en el gas que difunde hacia dentro de la superficie C0 = concentracin inicial uniforme del elemento en el slido Cx = concentracin del elemento a la distancia x tras un tiempo t X = distancia desde la superficie D = coeficiente de difusin t = tiempo Condiciones de frontera:t = 0, C = Co para 0 < x< 0t > 0, C = Cs (Conc. Superficial) para x = 0 C = Co para x =

Dependencia de la difusin en funcin del Vm; borde de grano y superficie para distintas temperaturas.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DIFUSINMecanismo de difusin

Dependencia de la temperatura

Influencia de la concentracin de soluto

Influencia de la estructura cristalina del disolvente

Caractersticas qumicas de la red del disolvente

El tipo de imperfecciones cristalinas.

Concentracin de las especies a difundir

Difusin en defectos cristalinosDifusinA travs de vacancias o intersticiosDislocacionesBordes de granoSuperficies libres

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