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CLASIFICACION DE LA DIFUSION Autodifusión: átomos moviéndose en un metal puro Inter-difusión: movimiento atómico en aleaciones binarias y polímeros Difusión volumétrica: movimiento atómico en el volumen del material Difusión en fronteras de grano: movimiento atómico a lo largo de los límites de grano Difusión superficial: movimiento atómico a lo largo de la superficie de una fase.

unidad4 clase2

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CLASIFICACION DE LA DIFUSION

Autodifusión: átomos moviéndose en un metal puro Inter-difusión: movimiento atómico en aleaciones

binarias y polímeros Difusión volumétrica: movimiento atómico en el

volumen del material Difusión en fronteras de grano: movimiento atómico

a lo largo de los límites de grano Difusión superficial: movimiento atómico a lo largo

de la superficie de una fase.

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MECANISMOS DE DIFUSION

Difusión en borde de grano

Difusión en el núcleo de una dislocación

Los coeficientes de autodifusión para la plata dependen de la ruta de difusión.La difusión es mayor a través de regiones estructurales menos restrictivas

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Esquema que muestra como un recubrimiento de una impureza B puede penetrar mas profundamente por los bordes de grano e incluso mas allá a lo largo de la superficie libre del policristal A, de forma congruente con los valores relativos de la difusividad

superficie grano de bordevolumen

superficiegrano de bordevolumen

QQQ

DDD

¿Cuál es la mas importante?

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a. Difusión en frontera de granob. Difusión volumétricac. Evaporación-condensaciónd. Difusión superficial

Caminos de difusión durante sinterización en estado sólido

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PROBLEMA: Imagine un conjunto de par de difusión entre tungsteno puro y una aleación de tungsteno con una concentración de 6.3 x 1020 átomos de torio/cm3 . Después de exponerlo varios minutos a 2000°C se establece una zona de transición de 0.01 cm de espesor. ¿Cuál es el flujo de los átomos de torio en ese momento si la difusión se debe a: a) difusión en volumen, b) difusión en límite de grano y c) difusión en la superficie.

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Factores que afectan el coeficiente de difusión, D

Coeficientede

difusiónD

concentración

Defectos presentes

Tipo deEstructuracristalina

temperatura

Tipo de mecanismo

RTQ

DD o exp

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DIFUSION EN ESTADO NO ESTACIONARIO

CONSIDERACIONES: La concentración de átomos de soluto

cambia con el tiempo Describe la difusión dinámica La difusividad (D) no es función de la

ubicación x ni de la concentración de la especie que se difunde

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Cs

Cx

CO

xdistancia

com

posi

ción

Composición después de cierto tiempo

Composición inicial

Aplicación de la segunda Ley de Fick:

Difusión de átomos en la superficie de un material

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Segunda Ley de Fick

2

2

xc

Dtc

cy x de función es no D si

xc

Dxt

c

La razón de cambio de la concentración es igual a la difusividad por la razón de cambio del gradiente de concentración. CONSIDERACIONES:

- Antes de la difusión todos los átomos del soluto están uniformemente distribuidos en el sólido a Co

- El valor de x en la superficie es cero y aumenta con la distancia dentro del sólido

- El tiempo se toma igual a cero en el instante inmediatamente antes de iniciar la difusión

CONDICIONES LIMITE:

t = 0 ; C = Co 0≤ x ≤ ∞

t > 0 ; C = Cs (concentración superficial constante) x = 0

C = Co a x = ∞

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Solución de la segunda Ley de Fick

Dt

xerf

cccc

os

xs

2

Cx

concentración del átomo que se

difunde en el lugar x debajo de la

superficie

Cs concentración constante

de los átomos que se difunden en la

superficie del material

CoConcentración inicial

uniforme de los átomos que se difunden

en el material

Ddifusividad

erffunción error

• D permanezca constante

• Cs y Co permanezcan invariantes

CONSIDERACIONES

xdistancia

t tiempo

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Perfiles de concentración para la difusión en estado no estacionario a lo largo de tres diferentes tiempos t1 , t2 , t3

Perfiles de concentración para la difusión en estado no estacionario

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constante Dt

x

constante CCCC

os

xs

2

Para una concentración determinada de soluto

Cs

Cx

CO

xdistancia

com

posi

ción

Dt

xerf

CC

CC

os

ox

21

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Tabla de la función error

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PROBLEMA: Un engranaje fabricado en acero 1020 (0.20% p. de C) se carburiza a 927 °C. Calcule el contenido de carbono a 0.90 mm por debajo de la superficie del engranaje después de 4 horas de carburización. Suponga que el contenido de carbono en la superficie es 1.00 %p. en peso.

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CarburizaciónÁtomos de carbono que se difunden

Componente de bajo carbono