APUNTE METALURGIA FISICA

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Unidad I: Difusión
1.1 Introducción:
La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de
manera ordenada, tendiendo a eliminar las diferencias de concentración y producir una
composición homogénea en el material. Los átomos pueden también ponerse en movimiento
aplicando voltajes o fuerzas externas al material. De hecho, los átomos se mueven
aleatoriamenteen los metales puros aun cuando no se apliquen fuerzas externas o no
existan diferencias de concentración.
El movimiento de los átomos propicia de muchos de los tratamientos que se aplican a
los materiales. La difusión interviene en el tratamiento térmico de materiales, en la
manufactura de cerámicos, en la solidificación de materiales, en la fabricación de transistores
y celdas solares, y aunen la conductividad eléctrica de muchos materiales cerámicos.
Se estudiará la difusión de los átomos en los materiales sólidos. Se debe reconocer,
sin embargo, que la difusión ocurre también en gases y los líquidos, siendo mucho más
rápida en estos debido a que hay un factor de empaquetamiento menos eficiente entre sus
átomos.
1.2 Mecanismos de la difusión:
Aun en los materialesabsolutamente puros, los átomos en la red se mueven de una
posición a otra. Este proceso, conocido como autodifusión, puede detectarse utilizando
trazadores radioactivos. Supóngase que se deposita una capa de isótopo radioactivo de oro
(Au198) sobre la superficie de un bloque de oro normal (Au197). Después de cierto tiempo los
átomos radioactivos se mueven hacia dentro del oro normal, y finalmente sedistribuyen de
manera uniforme en todo el metal. Aunque la autodifución ocurre continuamente en todos los
materiales, el efecto en su comportamiento no es importante.
En las aleaciones metálicas y en los cerámicos, ocurre la difusión de átomos distintos.
Si se une una lámina de níquel con una de cobre, los átomos del níquel se difunden
gradualmente dentro del cobre y los de cobre emigran alníquel. Nuevamente, si se espera lo
suficiente, los átomos de níquel y de cobre se distribuirán uniformemente en todo el metal y
éste será homogéneo, teniendo la misma concentración de átomos de cobre y de níquel en
todas partes (figura 1.2.1).
Hay varios mecanismos por los cuales se difunden los átomos (Figura 1.2.2). En la
difusión por vacantes, que implica la sustitución de átomos, un átomodeja su lugar en la red
para ocupar una vacante cercana (creando un nuevo sitio vacío en su posición original en la
red. Conforme prosigue la difusión, se presente un reflujo de átomos y vacantes. En la
difusión intersticial, un átomo se mueve de un intersticio a otro. Este mecanismo no requiere
de vacantes para llevarse a cabo. En ocasiones un átomo sustitucional deja su lugar en la
red normaly se traslada a un intersticio muy reducido. Este mecanismo de difusión intersticial
desajustada es poco común, debido a que el átomo no se ajusta o acomoda fácilmente en el
intersticio, que es más pequeño. Los átomos se mueven también mediante un mecanismo de
intercambio simple o por un mecanismo cíclico (desplazamiento circular). No obstante, las
vacantes y los mecanismos intersticialesoriginan la difusión en la mayoría de los casos.

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Figura 1.2.1: Difusión de los átomos de cobre en el níquel. Al final, los átomos de cobre
están uniformemente distribuidos en todo el níquel.

Figura 1.2.2: Mecanismos de difusión en los materiales. (A) Difusión por vacantes o por
sustitución de átomos, (B) difusión intersticial, (C) difusiónintersticial desajustada, y (D)
difusión por intercambio y en círculo.
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1.3 Energía de activación para la difusión:
Un átomo que se difunde debe escurrirse entre los átomos circundantes para ocupar
su nueva posición. Esto se muestra esquemáticamente para el caso de la difusión por
vacantes o por ocupación de intersticios en la figura...