Tema 2 - Procesos de difusión

8/20/2019 Tema 2 - Procesos de difusión

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INGENIERÍA DE MATERIALESGRADO DE INGENIERÍA AEROEPACIAL

PROCESOSDE DIFUSIÓNT2

UNIVERSIDAD DE LEON


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INDICE


1. Conceptos Previos

2. Mecanismos de Difusión

4. Difusividad

3. Procesos de Difusión


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CONCEPTOSPREVIOS1


o LR-014. Callister. Capítulo 5. Apartado 5.1

LECTURA RECOMENDADA:


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INGENIERÍA DE MATERIALESGRADO DE INGENIERÍA AEROEPACIALConceptos

Previos

1

DEFINICIÓN

“Transporte de materia a través de la materia”


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CIENCIAS DE

MATERIALES

Los átomos en movimiento son del

propio elemento.

Los átomos en movimiento sonde otro elemento.

ConceptosPrevios

1

DEFINICIÓN

“Transporte de materia a través de la materia”

Autodifusión

Interdifusión2

1


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Previos

1

Autodifusión

1

1

1

2

2

3

3

4

4


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Previos1

Composiciónvariable conla distancia

Tiempo= 0 s Tiempo= t s

PAR DIFUSOR:

INTERDIFUSIÓN


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2MECANISMOSDE DIFUSIÓN



o LR-016. Smith. Capítulo 4. Apartado 4.6



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un gradiente de concentración

Mecanismosde Difusión2 La DIFUSIÓN ocurrirá siempre que:

una posición reticular próxima vacía

Los átomos tengan suficiente

energía como para romper

enlaces y distorsionar la red

1

2

3


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Mecanismo Sustitucional:

Mecanismosde Difusión2

Mecanismo Intersticial:

posiciones

reticulares

posiciones

intersticiales


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INGENIERÍA DE MATERIALESGRADO DE INGENIERÍA AEROEPACIALMecanismos

de Difusión2COMPARATIVA DE LOS MECANISMOS:


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...A RECORDAR

Mecanismosde Difusión2

La difusión intersticial essiempre porinterdifusión

La difusión sustitucionalpuede ser por autodifusión

o interdifusión

E (sustitucional) >>> E(intersticial)

Difusión intersticial más rápida

que la Difusión sustitucional


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3 PROCESOSDE DIFUSIÓN


o LR-019. Callister. Capítulo 5. Apartados 5.3

y 5.4o LR-020. Smith. Capítulo 4. Apartado 4.6



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CÁLCULOS ELEMENTALES

DIFUSIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

J es constante con el tiempo: 1ª LEY DE FICK

J no es constante con el tiempo: 2ª LEY DE FICK

Procesos deDifusión3

FLUJO DE DIFUSIÓN (J):

DIFUSIÓN EN ESTADO NO ESTACIONARIO

Número de Átomos que se difundenperpendicularmente a través de un área de unsólido por unidad de tiempo.


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scm

át

dx

dc D J

.

.2

D = Difusividad, cm2/s

dc/dx = gradiente de concentraciones, at/cm4

1ª LEY DE FICK



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2ª LEY DE FICK

t D

xerf

C C

C C

s

x s

..20

dx

dC Ddxd

dt dC x x .

Condición inicial, t=0C(x, t=0) = C0

Condiciones frontera, t>0C(x=0, t) = Cs

C(x=, t) = C0



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2ª LEY DE FICK



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4DIFUSIVIDADD (m

2

/s)



o LR-018. Smith. Capítulo 4. Apartado 4.6 y4.8



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COEFICIENTE D VELOCIDAD DE DIFUSIÓN

1. Mecanismo de difusión

2. La estructura cristalina

3. La temperatura

4. Microestructura

Difusividad4


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Difusividad4FACTORES QUE

AFECTAN A LA DIFUSIVIDAD, D

MECANISMO:El mecanismosustitucionaltiene menor

D que elintersticial

ESTRUCTURA:Las estructurascon máshuecos tienenmayor D


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T R

Q

e D D .0.

3. TEMPERATURA

D = Difusividad, m2/sD0 = Cte. Proporcionaledad, m

2/s.

Cte para cada material

Q = Energía de Activación, J/molR = Cte. Molar de los gases, 8,32 J/mol.KT = Temperatura, K

FACTORES QUE AFECTAN A LA

DIFUSIVIDAD, D

Difusividad4


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FACTORES QUE AFECTAN A LA

DIFUSIVIDAD, D

4. MICROESTRUCTURA

D mayor en sólidos policristalinosque en los monocristalinos (bordesde grano)

Difusividad4

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