La difusión es el mecanismo por el cual los átomos se mueven a través de un material sólido, líquido o gaseoso. En los sólidos, la difusión permite las reacciones en estado sólido y el crecimiento de granos. Existen dos mecanismos de difusión: difusión por vacantes o sustitucional, donde los átomos se mueven a posiciones vacantes; y difusión intersticial, donde los átomos se mueven a través de los espacios intersticiales. La energía de activación

1. CAPITULO 3. DIFUSION DE METALES
Difusión. Mecanismo por el cual la materia es transportada a
través de la materia. Simplemente movimiento de átomos.
En gases: rápida (gases y olores)
En líquidos: más lenta (tinta en agua)
En sólidos: las vibraciones térmicas permiten el movimiento
En sólidos la difusión permite las reacciones en estado
sólido: precipitación de una segunda fase(TT), crecimiento
de nuevos granos en la recristalización de metales trabajados
en frío, manufactura de cerámicos y cambios alotrópicos.

2. Los mecanismos de difusión pueden ser:
Mecanismos de vacancias o sustitucional. Los átomos se
mueven en la red cristalina desde una posición a otra, si hay
suficiente energía de activación (vibración térmica y
vacancias)

3. Mecanismo intersticial. Los átomos se trasladan de un
intersticio a otro, sin desplazar permanentemente a ninguno
de los átomos de la matriz de la red cristalina (el tamaño de
los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeño
comparado con el de los átomos de la matriz)

4. Energía de activación para la difusión
Los átomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a
eliminar las diferencias de concentración y producir una
composición homogenea en el material.
El átomo esta originalmente en un sitio de baja energía,
relativamente estable. Para desplazarse a otro lugar, el
átomo de atravesar una barrera de energía potencial que
requiere una energía de activación Q. El calor proporciona al
átomo la energía para vencer esta barrera.
La energía de activación es menor en la difusión intersticial
que en la difusión por vacantes (o sustitucional).

5. Difusión en estado estacionario
Cuando con el tiempo no existen cambios en la
concentración de átomos en estos planos.

6. La primera ley de Fick determina el flujo neto de átomos J.
Cuando se incrementa la temperatura de un material, el
coeficiente de difusión y el flujo neto de átomos se
incrementan.

7. El coeficiente de difusión D depende:
a. Tipo de mecanismo de difusión (Intersticial o
sustitucional)
b. Temperatura
c. Estructura cristalina del disolvente (factor de
empaquetamiento).
d. Tipo de imperfecciones en la red cristalina (bordes
de grano y vacantes)
e. Concentración de la especie que se difunde.

8. La siguiente tabla presenta la relación de algunas energías
de activación para la autodifusión en metales puros.

9. Cs = Concentración superficial del elemento que se difunde
Co = Concentración inicial en el sólido
Cx = Concentración del elemento a una distancia x de la superficie
en un tiempo t
x = distancia desde la superficie
D = Difusividad del elemento que se difunde
t = Tiempo

10. La segunda ley de Fick, describe la difusión dinámica o
no estable de los átomos .
Permite calcular la concentración de muestras cercanas
a la superficie del material como una función del tiempo y
la distancia, siempre y cuando el coeficiente de difusión
D permanezca constante y las concentraciones de
átomos difundidos en la superficie Cs y Co permanezca
sin cambios.

11. x erf x x erf x x erf x x erf x
0 0 0,40 0,4284 0,85 0,7707 1,6 0,9763
0,025 0,0282 0,45 0,4755 0,90 0,7970 1,7 0,9838
0,05 0,0564 0,50 0,5205 0,95 0,8209 1,8 0,9891
0,10 0,1125 0,55 0,5633 1,0 0,8427 1,9 0,9928
0,15 0,1680 0,60 0,6039 1,1 0,8802 2,0 0,9953
0,20 0,2227 0,65 0,6420 1,2 0,9103 2,2 0,9981
0,25 0,2763 0,70 0,6778 1,3 0,9340 2,4 0,9993
0,30 0,3286 0,75 0,7112 1,4 0,9523 2,6 0,9998
0,35 0,3794 0,80 0,7421 1,5 0,9661 2,8 0,9999

12. Capas de difusión después de 1, 4, 15 y 28 horas

13. APLICACIONES INDUSTRIALES
a. Endurecimiento del acero por cementación gaseosa
b. Difusión de impurezas en obleas de silicio.
cc.
Otras aplicaciones: Soldadura por difusión y sinterizado
en metalurgia de polvos