ANÁLISE 1

Artigo - Difusão em vidros metálicos: Análise da ligação atômica pela perspectiva do defeito

A difusão em vidros metálicos sub refrigerados ocorre por meio de aquecimento

que deve ser suficiente para gerar defeito na ligações atômicas. Porém o espaço gerado

por esses defeitos não é suficiente para que haja difusão de átomos na matriz. Dessa

forma a cooperação de no mínio 10 átomos vizinhos deve ocorrer para que haja vazios

suficiente e a difusão ocorra.

A formabilidade, estabilidade térmica, ductilidade e viscosidade do vidro é

controlada por meio da difusão. Esta é regida termicamente com uma energia de

ativação que dependerá de fatores como força de ligação, elasticidade da matriz,

tamanho do átomo difusor entre outros.

A difusão de metais amorfos e sólidos cristalinos são semelhantes pois:

• Há dependência da temperatura do coeficiente de difusão;

• Efeito do tamanho atômico;

• Efeitos de partículas de irradiação;

• Efeitos de pressão semelhantes.

Porém além de semelhanças há algumas diferenças:

• Maior declividade da curva de energia de ativação (Q) pelo logaritmo de D0;

• Efeito do tamanho dos átomos de difusão mais acentuado;

• Efeito de isótopos ser menor ou ausente;

• Ausência dos efeitos e pressão.

Estas diferenças se dão pelas diferenças no volume livre teórico, diferenças no

transporte do átomos difusores, e as barreiras formadas por átomos vizinhos.

O artigo analisado busca abordar quais os defeitos que ajudam no transporte de

átomos e como esses defeitos afetam ou controlam a difusão em vidros metálicos e em

líquidos super-resfriados.

A difusão em vidros metálicos e em líquidos super-resfriados assemelha-se mais a

difusão em sólidos cristalinos do que a líquidos regulares. Ela ocorre por meio de saltos

dos átomos difusores que deverão encontrar uma região de defeitos de ligação. Nessa

região haverá um pequeno espaço de volume livre que não é suficiente para a

acomodação do átomo difusor na matriz. O espaço só aparecerá com o movimento de

vibração e pela mudança das ligações, propiciadas pela temperatura, em uma

determinada energia de ativação mínima (Q), numa atuação de 10 ou mais átomos

vizinhos que se rearranjam de forma a garantir o volume livre necessário. É importante

considerar a elasticidade da matriz pois com uma maior facilidade de deslocamento

posicional dos átomos vizinhos menor será a energia necessária a formação dos vazios.

A figura 1 ilustra a diferença entre a movimentação do átomo na difusão em um cristal e

num líquido super-resfriado.

Figura 1. A esquerda ocorre a movimentação atômica por meio de vacância, onde nitidamente os átomos vizinhos permanecem em suas posições originais. Já á direita ocorre uma cooperação de vários átomos adjacentes que favorecem o surgimento de volumes vazios na “gaiola”.

Com relação a energia de ativação os valores de Q variam bastante em diferentes

situações. Há entretanto uma forte tendência de crescimento dos valores de Q

proporcionalmente aos raios atômicos do átomos difusores. Para verificar o autor

propôs quantificar a variação d Q em ligas de Zr-Ni e Ti-Ni por meio de cálculos. Os

resultados estão apresentados na figura 2.

Figura 2. A energia de ativação Q necessária para a difusão versus o quadrado dos diâmetros (dd) dos átomos difusores: B, Be, Fe e Si em Ti60Ni40, Co, Ni, Cu, Fe e Au na Zi50Ni50, e Cu, Au, Al, Sb em Zr61Ni39 MG. O linhas contínuas representam o presente cálculo com o número de átomos da matriz envolvidos (g), g = 10,0 para a Ti-Ni e g = 4,5 para os dois sistemas de Zr-Ni. O linhas tracejadas representam o cálculo da energia de ativação somente para o salto (g =0). Os quadrados e círculos representam os dado experimentais recolhidos em Faupel F. Rev Mod Phys 2003;75:237.

Conforme a figura 2 mostra, para o salto unicamente, sem a cooperação de demais

átomos (g=0), representa somente uma pequena parte da energia de ativação que é

obtida nos experimentos com B, Be, Fe e Si em Ti60Ni40, Co , Ni, Cu, Fe e Au na

Zi50Ni50, e Cu, Au, Al, Sb em Zr61Ni39 MG (Faupel, 2003).

Os efeitos do tamanho atômicos de elementos de difusão estão de acordo com o que

se esperava considerando que a energia de ativação cresce proporcionalmente com o

diâmetro atômico de Goldschimdt. De acordo com a figura 2, a maior energia de

ativação Q para Ti-Ni do que para Zr-Ni se dá principalmente devido ao envolvimento

de um maior número de átomos da matriz em cooperação.

Para os cálculos realizados foram utilizados os valores médio do tamanho atômico,

constante elástica, e fora de ligação. Os tamanhos de espécies atómicas de difusão são

considerados como sendo comparável com a média de átomos de matriz e, portanto, a

alteração do número de átomos da matriz envolvidas no processo são negligenciados

para uma determinada matriz.

A difusão em vidros metálicos e em líquidos super-resfriados ocorrem por meio dos

defeitos mostrados que geram o desordenamento estrutural desses vidros e que ocorrem

com baixos níveis de energia e de volume. Esses defeitos facilitam a mudança de

ligação e os saltos a curta distância. A difusão só ocorre de maneira fica se houver a

participação dos demais átomos da matriz aumentando o volume dos vazios.