PRACTICA N 51. Cul es la impulsora de la difusin?L a fuerza impulsora es el gradiente inicial de concentracin.2. En el tratamiento de cementacin para aceros Cules son las especies que se difunden?El carbono es la especie que se difunde cuya fuente puede ser polvo de grafito o un gas que contenga carbono, esto con la finalidad de endurecer la superficie. Similarmente el nitrgeno se difunde en los procesos de nitruracin.3. Por qu se us plstico PET para fabricar botellas para bebidas carbonatadas?No siempre es benfica la difusin. En algunas aplicaciones, es deseable limitar el grado de difusin para ciertas especies, por ejemplo en la fabricacin de botellas de plstico debe minimizarse la difusin del Dixido de Carbono (CO2) por eso se usa el Tereftalato de Polietileno (PET) que aseguren que las bebidas carbonatadas que contienen no pierdan su presin durante un tiempo razonable.4. Qu es el galvanizado por inmersin en caliente?Es un proceso que consiste en aplicar una cubierta de zinc sumergiendo las partes en un gran bao de zinc fundido (Temperatura de fusin ). La naturaleza qumica del zinc, y no solo su barrera a la difusin desempea un papel muy importante en la proteccin del acero.5. Qu es electroforesis? Cul es la fuerza impulsora de este fenmeno? Cules son sus aplicaciones?Es un proceso de arrastre en el cual el movimiento de partculas finas (o de molculas grandes) cargados, bajo un campo elctrico se realiza bajo las fuerzas impulsoras distintas a la difusin (gradientes de densidad, campo elctrico o campo magntico).APLICACIONES: Aplicacin de pintura a los automviles. Se usa para comprender la qumica superficial de cermicos. Para separar molculas de ADN de distintos pesos moleculares. El movimiento de iones en una solucin (con frecuencia acuosa) bajo un campo elctrico, produce capas delgadas de metales o aleaciones. A este proceso se le llama Electrodeposicin (o Galvanoplastia). El principio bsico de este proceso tambin se usa en la refinacin de metales como Cobre, Plomo y Aluminio.6. Qu es un recubrimiento de barrera trmica? Dnde se utilizan estos recubrimientos?Son recubrimientos cermicos (xidos cermicos) que protegen a una aleacin contra las altas temperaturas. La difusin de oxgeno a travs de estos revestimientos cermicos y la subsecuente oxidacin de la aleacin desempea un papel fundamental en la determinacin en la vida y la durabilidad.APLICACIN: Proteccin de alabes de turbina en los motores de avin.El material cermico es de baja conductividad trmica y auto coeficiente de expansin trmica que proporciona resistencia a elevadas temperaturas.Ejm: Circonio (ZrO2) Circonato de calcio (CaZrO3)El recubrimiento cermico no puede proteger. No puede proteger contra la oxidacin y corrosin del substrato metlico debido a su permeabilidad al paso de oxgeno, tanto por la porosidad y las microgrietas como por la difusin inica del recubrimiento de zirconio a temperaturas mayores de por tanto se hace necesario la incorporacin de una capa intermedio metlico rico en Aluminio y/o Cromo entre el substrato y el cermico.7. Escriba la ecuacin de Arrhenius. = constanteR = constante de los gases T = temperatura absolutaQ = es la energa de Activacin ( cal/mol ) necesaria para mover un equivalente al nmero de Avogadro, en tomos iones.Esta ecuacin se deduce a partir de un anlisis estadstico de la probabilidad de que los tomos adquieran la energa adicional Q necesaria para causar el movimiento, si tomamos logaritmos naturales a ambos miembros.Si graficamos ln (rapidez) vs 1/T la pendiente de la curva ser -Q/R entonces se podr calcular Q. La constante C0 corresponde al origen cuando 1/T es igual a cero. Ln (8x1010) ------------------ Velocidad (saltos/s)

Ln (8x1010) - Ln (5x108) Ln (5x108) ------------------ 0,00129 - 0,00092 0,00092 0,001298. Cules son los distintos mecanismos de la difusin?Hay dos mecanismos importantes por los que se pueden difundir los tomos o los iones.

DIFUSIN DE VACANCIAS.- En la autodifusin y en la difusin de tomos sustitucionales, un tomo deja su sitio de red y llena una vacancia cercana (con lo que se crea una vacancia nueva en el sitio de red original). Al continuar la difusin, se forman flujos de tomos y vacancias a contra corriente, lo que se llama difusin de vacancia. La cantidad de vacancias que aumenta con la temperatura, ayuda a determinar el grado de autodifusin y tambin de difusin de tomos sustitucionales.

DIFUSIN INSTERSTICIAL.- Cuando en la estructura cristalina hay un tomo o ion intersticial pequeo, se mueve de un sitio intersticial a otro. En este mecanismo no se requieren vacancias porque hay muchos sitios intersticiales que vacancias, la difusin intersticial sucede con ms facilidad que la difusin de vacancias. Los tomos intersticiales que son relativamente ms pequeos se pueden difundir con ms rapidez.9. Por qu la energa de activacin para la difusin a travs del mecanismo intersticial es menor que para otros mecanismos?Es menor la energa de activacin dado que los tomos intersticiales son relativamente ms pequeos y se pueden difundir con mayor rapidez.EJM: En los cermicos con enlaces inicos con frecuencia los cationes ms pequeos se difunden con ms rapidez que los aniones ms grandes.10. Escriba la Primera Ley de Fick de la difusin. Explique porque con claridad qu significa cada trmino.La primera ley de Fick explica el flujo neto de tomos.

= FlujoD = Difusividad o coeficiente de difusin (cm2/s) = Gradiente de concentracin (tomos/cm3.cm)El signo negativo indica que el flujo de las especies que se difunden es de concentraciones mayores a menores haciendo que el signo de sea negativo en consecuencia es positivo. 11.

12. Escriba la ecuacin que describe la dependencia del coeficiente de difusin o difusividad (D) respecto a la temperatura.La cintica del proceso de difusin depende fuertemente de la temperatura.El coeficiente de difusin D se relaciona con la temperatura, de acuerdo con la ecuacin de tipo Arrhenius.Q = Energa de activacin (cal/mol)R = Constante universal de los gases ideales (1,987 cal/mol. )T = Temperatura absoluta D0 = Es el trmino pre exponencial semejante a C0 en la ecuacin.13. Explique en forma breve la dependencia de D respecto a la concentracin de la especie que se difunde.En los slidos, la dependencia de D respecto a la concentracin puede ser muy marcada, Ejm: en el sistema Oro-Nquel el coeficiente de difusin del Oro (Au) en el Nquel (Ni) aumenta 10 veces cuando la concentracin de Oro en la aleacin AuNi aumenta de 20 a 80 % atmico de Oro.

8 7.5 -------------------------------------- 6 D, en 10-10 cm2/s

4 2 Au - Ni

0,7 . 0 20 40 60 80 100

14.

15. Qu parmetros definen las propiedades de barrera de los polmeros?Los polmeros que se usan en alimentos y otras aplicaciones deben tener las propiedades de barrera adecuadas, Ejemplo: Las pelculas de polmero se suelen usar para guardar alimentos. Si el aire se difunde a travs de la pelcula, el alimento se puede descomponer. De igual manera, se debe tener cuidado en el almacenamiento de polvos de cermicos o de metlicos que sern sensibles al vapor de agua, nitrgeno, oxgeno, dixido de carbono atmosfrico. Los polvos de xido de zinc que se usan en cauchos, pinturas, y cermicas se deben guardar en bolsas de polietileno para evitar que reaccionen con el vapor de agua atmosfrica.16. Qu factores adems de la permeabilidad, tienen importancia en la seleccin de un polmero para fabricar botellas de plstico? Escoger un material plstico con difusividad pequea para el dixido de carbono gaseoso. Las materias primas y el procesamiento de los polmeros seleccionados, deben ser relativamente poco costosas. Se deben producir botellas con distintos calores si es necesario. Las botellas deben conservar la transparencia ptica. Los polmeros no deben ser txicos ni reactivos y deben ser reciclables. Las botellas deben tener la resistencia suficiente como para soportar una cada desde 2 metros. La superficie del polmero se debe prestar a la impresin de etiquetas u otra informacin del producto. Tener en cuenta los materiales y costo del procesamiento. Tambin se debe tener en cuenta el efecto del procesamiento sobre la microestructura resultante de los polmeros.17. El PET amorfo es ms permeable al CO2 que el PET que contiene microcristalitos. Explique porqu.El PET amorfo es ms permeable al CO2 porque la difusin es de mayor velocidad o rapidez dado que al no tener un orden de largo alcance tienen menor densidad.El PET que contiene microcristalitos al tener mayor densidad la difusin del CO2 es ms lenta.18.

PERFIL DE COMPOSICIN(Segunda ley de Fick)19. Qu es cementacin? Explique porqu se espera que este proceso cause un aumento en la dureza de la superficie de los aceros al carbono simple.La cementacin es un tratamiento termoqumico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta carbono a la superficie mediante difusin que se impregna modificando su composicin. La cementacin se aplica en todas aquellas piezas que deben poseer gran resistencia al choque y tenacidad junto con gran resistencia al descarte. Ejm: piones, levas, ejes, etc.Son apropiados para cementacin los aceros de bajo contenido de carbono. El cromo acelera la velocidad de penetracin del carbono. Los aceros al cromonquel tienen buenas cualidades mecnicas y responden muy bien a este proceso, una concentracin de nquel por encima del 5% retarda el proceso de cementacin.20. Qu es la nitruracin?Es un tratamiento trmico que se da al acero. El proceso modifica su composicin aadiendo nitrgeno mientras es calentado, el resultado es un incremento de la dureza superficial de las piezas. Tambin aumenta la resistencia a la corrosin y a la fatiga. Para este proceso resulta conveniente que haya en la composicin cierta cantidad de aluminio (1%).No todos los aceros son aptos para este proceso dado que en ciertos aceros de carbono el nitrgeno penetra demasiado rpido en la estructura y la carga nitrurada tiende a desprenderse.21.

22. La mayora de los metales y las aleaciones se pueden procesar por fusin y colado, pero se prefiere no aplicar este mtodo para procesar metales especficos (Por ejemplo W) y la mayora de los cermicos. Explique porqu.El Tungsteno (W) y la mayora de los cermicos tienen puntos de fusin elevados y se obtienen piezas de estos materiales por procesos de pulvimetalurgia.

PTO. DE FUSIN ()

Tungsteno3400

xidos (MgO)2827

2000

ZnO22776

23. Qu es el sinterizado? Cul es la fuerza impulsora del sinterizado?SINTERIZADO.- Es el tratamiento trmico de un polvo o compactado metlico o cermico a una temperatura menor a la de fusin de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partculas. La sinterizacin se utiliza de modo generalizado para producir formas cermicas de Almina, Berilio, Ferrito y Titanatos.Tambin se podra decir que es la reduccin de la superficie de las partculas de polvo.Aplicaciones: Fabricacin de materiales con materiales refractarios. Fabricacin de piezas con materiales difciles de enmoldar. Fabricacin de carburos metlicos. Fabricacin de piezas metlicas porosas para utilizar como filtros.

FUERZA IMPULSORA.- La fuerza impulsora para la sinterizacin de un polvo compacto es la disminucin de la energa libre del sistema como consecuencia de la disminucin de la energa superficial.Esta disminucin de la energa superficial proviene de la disminucin del rea de las superficies y de la eliminacin de las interfaces slido-vapor. Las nuevas interfaces que se forman durante el proceso son interfaces slido-slido de ms baja energa que las de slido-vapor.24. Qu significa Metalurgia de Polvos?Es un proceso de produccin por medio de la cual partes o productos se fabrican comprimiendo polvo metlico o algn material cermico dentro de un molde dado; una vez comprimido el polvo, se somete a un proceso de calentamiento (sinterizado), lo que le proporciona a la pieza propiedades de resistencia y dureza. Este proceso de conformado es el nico medio de fabricacin que se puede emplear para la obtencin de piezas a partir de materiales con puntos de fusin elevados.25. Qu significa sinterizado en fase lquidos? Cmo se forma la fase lquido?La presencia de una fase lquido puede proporcionar una forma cmoda de acelerar la sinterizacin de muchos metales refractarios y cermicos por lo que el proceso en el que una pequea cantidad de lquido ayuda a la densificacin se llama sinterizacin de fase lquida. Para que la fase lquida sea efectiva en ampliar el sinterizado es importante que el lquido pueda humectar los granos en forma parecida que el agua humecta la superficie de un vidrio.