Difusion

DIFUSIÓN
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA TECNOLOGIA MECANICA

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CONTENIDO

Concepto de difusión Mecanismos de difusión Difusión en régimen permanente y en régimen transitório Fatores que influeyen en la difusión: espécies que están difundiendo, temperatura, tipo de estructura cristalina, etc. Caminos de difusión: dislocaciones, límites de grano, interfaces y superficies externas.Aplicaciones

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ALGUNAS APLICACIONES

Modificación superficial de piezas Procesadores de microcomputadores Filtros para purificación de gases Sensores para inyeción electrónica de combustibles

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1) INTRODUCIÓN

Muchas reaciones y procesos importantes en la fabricación de un componente o de una estructura de ingenieria, ocurren por medio de transporte de masa . El transporte de masageralmente ocurre a escala microscópica.

DIFUSIÓN: fenómeno de transporte de masa por moviminto atómico (en el caso de metales); de cationes y aniones (en el caso de cerámicas iónicas) y de macromoléculas (en el caso de polímeros).
La difusión ocurre en el interior de sólidos, líquidos y gases.
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Par de difusión (dos pedazos de metal unidos entre sí)

a) Un par de difusión Cu-Ni antes detratamiento a alta temperatura. b) b) Representación esquemática de la localización atómica del Cu (círculos coloreados y del Ni (Círculos negros) en el par de difusión. c) c) Concentración de Cu y Ni en función de la posición a través del par.

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a) Un par de difusión Cu-Ni después de tratamiento a alta temperatura. b) b) Representación esquemática de la localización atómica del Cu(círculos coloreados y del Ni (Círculos negros) en el par de difusión. c) c) Concentración de Cu y Ni en función de la posición a través del par.

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2) MECANISMOS DE DIFUSIÓN

Difusión: migración paso a paso de átomos de determinadas posiciones del reticulado para otras. Para que ocurra el movimiento de los átomos son necesárias dos condiciones: 1) Debe existir un espacio libre adyacente y 2) Elátomo debe poseer energía suficiente para romper los enlaces químicos y causar una distorsión en el reticulado cristalino.

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DIFUSIÓN SUBSTITUCIONAL

DIFUSIÓN POR VACANCIAS: átomos substitucionales cambian de posición con vacancias existentes en el reticulado cristalino.
El movimiento es una función del número de vacancias presentes. El número de vacancias aumenta exponencialmente con latemperatura. El movimiento del átomo ocurre en una dirección y la de vacancias ocurre en la dirección contraria.

AUTODIFUSIÓN (difusión de átomos de la misma especie) INTERDIFUSIÓN (difusión de átomos de especies diferentes)
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DIFUSIÓN INTERSTICIAL

DIFUSIÓN INTERSTICIAL: aquí átomos intersticiales migran para posiciones intersticiales adyacentes no ocupadas del reticulado. No haynecesidad de que existan vacancias vecinas. En metales y aleaciones, la difusión de impurezas de radio atómico muy pequeño en relación al radio atómico de la matriz. Ejemplos: hidrógenio, carbono, nitrogénio y oxígenio en el acero. Difusión intersticial es mucho más rápida que la difusión substitucional (por vacancias).
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DIFUSIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO
Difusión é um proceso dependiente del tiempoEn un determinado proceso, es importante conocer la rapidez con la que ocurre el transporte de masa El flujo de transferencia de masa puede ser expresada por medio del FLUJO DE DIFUSIÓN (J):

Y en forma diferencial

M J = At

1 dM J= A dt
Donde: M, masa (o el equivalente número de átomos); A, sección transversal; y t, tiempo.
[J] ≡kg/(m2s)
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DIFUSIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

• Elflujo no varía con el tiempo • El perfil de concentración: C = f(x) • El gradiente de concentración: se mide como la tangente de la curva de concentración vs distancia (perfil de concentraçan) en un determinado ponto ∆C (C −C ) A B = •Cuando la concentración es función lineal de la ∆x (xA−xB) distancia:

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PRIMEIRA LEI DE FICK

∂C J = −D ∂x
D = Coeficiente de difusión [D] = m2/s • El...