fenomenos de transporte

DIFUSIÓN
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
PEREIRA
TECNOLOGIA MECANICA

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CONTENIDO

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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 deingenieria, ocurren por
medio de transporte de masa .

„

El transporte de masa geralmente 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 dedifusión
(dos pedazos de metal unidos entre sí)

a) Un par de difusión Cu-Ni antes
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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a) Un par de difusión Cu-Ni después 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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2) MECANISMOS DE DIFUSIÓN

Difusión: migración paso a paso de átomos de
determinadas posiciones del reticulado para otras.

9

Para queocurra el movimiento de los átomos son
necesárias dos condiciones:

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1) Debe existir un espacio libre adyacente y
2) El átomo 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 reticuladocristalino.
ƒ
ƒ
ƒ

El movimiento es una función del número de vacancias presentes.
El número de vacancias aumenta exponencialmente con la temperatura.
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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DIFUSIÓNINTERSTICIAL

DIFUSIÓN INTERSTICIAL: aquí átomos intersticiales migran para
posiciones intersticiales adyacentes no ocupadas del reticulado.
ƒ
ƒ

ƒ

No hay necesidad 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).
9

DIFUSIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO
„

Difusión é um proceso dependiente del tiempo

„

En 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 formadiferencial

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

• El flujo 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...