Difusion de metales

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Introducción.
La difusión no es más que un mecanismo por el cual la materia es transportada a través de esta y los átomos están en constante movimiento y se desplazan en el espacio de una red cristalina tras un periodo de tiempo determinado; a mayor energía inyectada a los átomos, mayor vibración estos tendrán y en consecuencia se promoverá la difusión.
A continuación se realizará un estudio deeste proceso de difusión en un par difusivo formado por una placa de aluminio y una de cobre, este estudio constará de una serie de cálculos para determinar los perfiles de concentración tanto del aluminio en el cobre como del cobre en el aluminio y los resultados de estos cálculos se compararán con datos obtenidos de una serie de microfotografías para verificar si el proceso difusivo se llevo acabo.
Para la realización de este estudio el par difusor fue calentado en un horno a 500 durante un periodo de 2 horas y luego de este periodo se procedió a realizar los pasos correspondientes los cuales se mostrarán detalladamente a lo largo de éste informe.

Procedimiento experimental
Disponiendo de una placa de aluminio y una de cobre se procede a cortar las mismas para llevarlas a unasdimensiones adecuadas para efectuar la práctica.
Seguidamente se desbastan las caras de las placas que harán contacto al momento de formar el par difusor, con motivo de librarlas de óxidos y otros agentes que puedan entorpecer el fenómeno difusivo; y a su vez hacer la superficie lo más uniforme y lisa posible.
Luego se unen dichas caras y se aseguran las placas, colocándolas dentro de unaprensa para que las mismas no se separen al introducírselas en el horno.
Acto seguido se introduce el anterior montaje durante un periodo de tiempo de 2 horas dentro del horno el cual fue encendido con anterioridad y llevado a una temperatura de 500 .
Al cumplirse el tiempo establecido, se procede a retirar el montaje del horno y al enfriarse el mismo se desmonta el par difusor de la prensa, parallevarlas a unas dimensiones adecuadas para efectuar el estudio Metalográfico que permitirá estudiar la difusión.

Resultados y análisis
Placa de aluminio.
Placa de cobre.

Fig.1
Imagen a 100x que muestra el par difusor Al-Cu sin ataque.
Zona de inter-fases.

Fig.2
Imagen a 200x que muestra el par difusor Al-Cu sin ataque.

Aluminio difundido en la placa de cobre
Cobredifundido en la placa de aluminio.

Fig.3
Imagen a 500x que muestra el par difusor Al-Cu sin ataque.

Fig.4
Imagen a 200x que muestra el par difusor Al-Cu atacado con acido fluorhídrico (HF).

Fig.5
Imagen a 200x que muestra el par difusor Al-Cu atacado con cloruro férrico (ClFe).

Difusión del aluminio en el cobre
Para los siguientes cálculos, se establece una variación en la distancia de 1 a3 μm para graficar el perfil de concentración y se considera:
C(x,t)= 0,5 - 0,5 fer donde: z=
* D= D0
Donde:
T= tiempo = 2 horas = 7200 seg.
T= temperatura en °K = 500 + 273 = 773 °K.
R= constante de los gases = 1,987
Q= energía de activación = 39500
D0= 0,045
Luego el coeficiente de difusividad D es:
D= D0 = 0,045 x = 3,051 o 3,051
Ahora por la 2da ley de Fick y el usode las tablas de función error se determina la concentración:
z= = =1,067 fer(z)= 0,8678

C(x,t)= 0,5 - 0,5 fer = 0,5 – 0,5. 0,8678 =0,0661 (6,61 %).
Análogamente se calculan las restantes concentraciones a las diferentes distancias resultando:
Distancia (x)En μm(1 | Argumento de la función error (z) | Función error evaluada ( fer(z)) | Concentración de aluminioC(x,t) en % |
1 | 1,0670 | 0,8678 | 6,61 |
1,1 | 1,1730 | 0,9022 | 4,89 |
1,2 | 1,2802 | 0,9293 | 3,54 |
1,3 | 1,3868 | 0,9499 | 2,51 |
1,4 | 1,4935 | 0,9652 | 1,74 |
1,5 | 1,6000 | 0,9763 | 1,19 |
1,6 | 1,7069 | 0,9842 | 0,79 |
1,7 | 1,8136 | 0,9896 | 0,52 |
1,8 | 1,9202 | 0,9933 | 0,36 |
1,9 | 2,0269 | 0,9957 | 0,22 |
2 | 2,1336 | 0,9972 | 0,14 |
2,1 | 2,2403 | 0,9983...
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