difusión

Difusión

Red cristalina perfecta

Defectos puntuales
Auto-defectos

Auto-intersticial
Vacancia

Defectos puntuales
Vacancias en equilibrio

Qv

⎞
Nv = N exp⎛ − Qv
⎜
KT ⎟
⎝
⎠
Donde
Nv: Número de vacantes
N: Número de sitios
Qv: Energía de activación
(energía vibracional requerida
para la formación de una
vacancia)
K: Cte de Boltzman o de los gases
(1.38 10-23J/átomos-K)
T: Temperatura absoluta
Nv/N: 10-4 (T=Tm)
1 vacancia cada 10000 lugares
ocupados

Defectos puntuales
Átomos de soluto

Átomo substitucional
Ej.Al en Cu

Átomo
intersticial
Ej.C, N en Fe

Difusión

Fenómenos de transporte por movimiento atómico
La mayor parte de los procesos y reacciones más
importantes del tratamiento de materiales se basa en la
transferencia de masaDifusión
El fenómeno de difusión se puede demostrar
mediante el par difusor formado por la unión de
dos metales puestos en contacto (Cu-Ni).
Este par se calienta a elevada temperatura
durante un largo período de tiempo y luego se
enfría.
El análisis químico revela:
Cu y Ni en los extremos separados por una
región de aleación. La composición de ambos
metales varía con la distancia.t0

Cu

Ni

t2

t3

t4

Difusión de
átomos de Ni

Concentración de Ni

t1

Concentración de Cu

Difusión de
átomos de Cu

Interdifusión: átomos de un metal difunden en el otro
Macroscópicamente: cambios de concentración que ocurren con el
tiempo
(Cu-Ni).
Transporte de átomos desde las regiones de elevada concentración a baja
concenración.

Autodifusión: átomos delmismo tipo intercambian posiciones

Mecanismos de difusión
En materiales sólidos, los átomos están en continuo movimiento, cambian
rápidamente de posición.
Movilidad:
1) un lugar vecino vacío
2) el átomo debe tener suficiente energía como para romper los enlaces
con átomos vecinos y distorsionar la red durante el desplazamiento.

Átomo
Átomo

Vacancia

Mecanismos de difusión

1-Intercambio directo

Este mecanismo es muy improbable, por la fuerte repulsión de corto
alcance de los átomos, lo que prohíbe la ocupación de la posición intermedia
donde los dos átomos deberían estar a mitad de camino.

Mecanismos de difusión

2- Anillo

Aquí las fuerzas repulsivas juegan un rol positivo, cada átomo
“empujando” a su vecino en el curso de una permutación circular. Sinembargo
este mecanismo requiere la coordinación de varios saltos atómicos, lo que hace
que su ocurrencia sea improbable.

Mecanismos de difusión
3- Difusión por vacantes
Mecanismo de difusión que implica el cambio de un átomo desde una
posición reticular normal a uno vacante.
Proceso necesita presencia de vacantes y la posibilidades de difusión es función del
numero de defectos queexistan (T ºC)
El movimiento de los átomos van en sentido opuesto al de las vacantes.

Movimiento de un
átomo sustitucional

Vacante

La autodifusión y la interdifusión
(átomos de soluto sustituyen a los de solvente) ocurren mediante este mecanismo

Mecanismos de difusión
4-Difusión intersticial
Mecanismo de difusión que implica átomos que van desde una posición
intersticial a otravecina desocupada.
El mecanismo tiene lugar por interdifusión de solutos(C,H,N y O) que tiene átomos
pequeños. Los solutos sustitucionales raramente ocupan posiciones intersticiales y
no difunden por este mecanismo.

Movimiento de un
átomo intersticial

Átomo
intersticial

Esta difusión ocurre más rápidamente que la difusión por vacantes
(más movilidad).

Difusión en estado estacionario(Condición: Flujo de difusión no cambie con el tiempo)

Macroscópicamente la cantidad de un elemento
transportado dentro de otro es una función del tiempo.
¿A que velocidad ocurre la transferencia de masa?
Flujo de difusión (J)
Nro. de átomos M que difunden perpendicularmente a
través de la unidad de área de un sólido por unidad de
tiempo.

J= M/A t
Donde:
J: kg/m2 s ó átomos/m2 s...