Difusion

Difusión

Objetivos
 

Explicar los diferentes fenómenos con la difusión en materiales. Como la difusión es utilizada en el procesamiento y manufactura de nuevos materiales

Aplicaciones de la difusión
Difusión, es un mecanismo por el cual la materia se transporta a través de la materia Nos indica el flujo neto de cualquier especie, como iones, átomos, electrones, vacancias ymoléculas. La magnitud del flujo depende del gradiente inicial de concentraciones y de la temperatura. El proceso de la difusión es fundamental en una gran cantidad de tecnologías. Gases

Difusión

Líquidos

Sólidos

Difusión de permanganato de potasio en agua

En una disolución, las partículas de líquido chocan y empujan al sólido en todas direcciones Los sólidos, como el permanganato depotasio, se difunden debido al movimiento de las partículas de agua, que chocan y empujan a las partículas del sólido en todas direcciones.

Tratamiento Térmico

Difusión

Tratamientos que alteran la composición superficial

• Los átomos se mueven de manera ordenada, eliminan las diferencias de concentración y producen una composición homogénea en el material. • Se estudia la difusión de losátomos en los materiales sólidos. •La difusión en los gases y en los líquidos es más rápida debido a que el factor de empaquetamiento es menos eficiente entre sus átomos o no existe.

Aplicaciones donde se lleva a cabo la difusión son:
Cementación o carburización para el endurecimiento superficial del acero. Nitruración – Carburización o nitruración para endurecer la superficie del aceroMateriales magnéticos para discos duros.
- Se utilizan aleaciones de cobalto, - Utilizan el método de pulverización catódica, - Los blancos se bombardean sobre una película

de sustrato creando sobre esta películas delgadas de cobalto. Las películas delgadas de átomos de cromo se encuentran en los granos magnéticos de la aleación de cobalto. Recocido, que hace que el cromo se difunda hacia loslimites de grano , haciendo con esto que el cromo tenga un efecto magnético útil en los discos duros para computadores personales.

Esquema de la microestructura de la película de Co-Pt-Ta-Cr después del recocido. El cromo se difunde desde los granos hacia los limites de grano después del proceso de recocido, ayudando a mejorar las propiedades magnéticas del disco duro

Estabilidad de átomos yiones
La capacidad que tiene los átomos y los iones para difundirse se incrementa con la temperatura, es decir aumenta la energía térmica que poseen los átomos y los iones. La rapidez o razón de movimiento de un átomo o ion en relación con la temperatura o energía térmica, se expresa con la ecuación de Arrhenius:

 Q  Rapidez  c0 exp    RT 
Donde c0 es una constante, R es la constante delos gases, T es la temperatura absoluta en K, y Q es la energía de activación (cal/mol).

La rapidez se relaciona con la cantidad de átomos que se mueve.

Q ln( Rapidez )  ln(c0 )  RT
Si se hace un grafico de ln(rapidez) de alguna reacción en función de 1/T, la pendiente de la cuerva será –Q/R, y en consecuencia se calculara Q

Grafica de Arrhenius de ln (rapidez) en función de 1/T, sepuede utilizar para determinar la energía de activación.

Mecanismos de difusión

Auto difusión Difusión de vacancias Difusión intersticial Magnitud de la energía de deformación introducida en la red durante el movimiento

Difusión intersticial desajustada

Autodifusión Se lleva a cabo en materiales cristalinos, que contiene vacancias, los átomos se mueven o saltan de una posición en lared a otra. Difusión de vacancias En la autodifusión y en la difusión de átomos sustitucionales, un átomo deja su sitio de red y llena una vacancia cercana. Al continuar a difusión se forman flujo de átomos y vacancias a contracorriente, lo que se llama autodifusión. La cantidad de vacancias, que aumenta con la temperatura ayuda a determinar el grado de autodifusión y también de difusión de...