Este documento describe los diferentes mecanismos y tipos de difusión en los metales sólidos. Explica que la difusión ocurre cuando los átomos migran de un sitio a otro en la red cristalina, lo que requiere vacantes adyacentes y energía suficiente para romper los enlaces. Describe la difusión por vacantes y la difusión intersticial, así como la difusión en estado estacionario y no estacionario descrita por las leyes de Fick. Finalmente, resume otros tipos de difusión como el crecimiento de gran

1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE
DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA
NOMBRE: KAREN MONGE HERRERA
CARRERA: ELCTROMECANICA
NIVEL: SEGUNDO “B”
ING.ROBERTO BELTRAN
ASIGNATURA
CIENCIA DE LOS MATERIALES

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DIFUSION DE LOS METALES
La mayor parte de los procesos y reacciones mas importantes del tratamiento
de los materiales se basa en la transferencia de masa, buen dentro de un
determinado solido esta transferencia va acompañada inseparablemente por la
difusión,
* Mecanismos de Difusión:
A nivel atómico la difusión consistes en la emigración de los átomos de un sitio
de la red a otro sitio. En los metales solidos los átomos están en continuo
movimiento, cambia rápidamente de posición.
La movilidad atómica exige dos condiciones
* Un lugar vecino vacío
* El átomo debe tener suficiente energía como para romper los enlaces con los
átomos vecinos y distorsionar la red durante el desplazamiento.
* Difusión por Vacantes:
Se da por descontado que este proceso necesita la presencia de vacantes y las
posibilidades de la difusión de las vacantes en función del número de estos
defectos que existan. A elevada temperatura el número de vacantes de un
metal es significativo. Puesto que
en el movimiento difusivo los átomos y las vacantes intercambian posiciones.
La autodifusión y la interdifusion ocurren mediante este mecanismo; en la
interdifusion los átomos de soluto sustituyen a los átomos del disolvente.
Figura 1: Difusión por vacantes
* Difusión intersticial:
Implica a átomos que van desde una posición intersticial a otra vecina
desocupada. El mecanismo tiene lugar por interdifusion de solutos tales como
hidrogeno, carbono, nitrógeno y oxigeno que tiene átomos pequeños, idóneos
para ocupar posiciones intersticiales.
Los átomos de soluto sustitucionales raramente ocupan posiciones
intersticiales y no difunden por este mecanismo.

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En la mayoría de aleaciones la difusión intersticial ocurre mas rápidamente que
la difusión por vacantes
Figura 2: Difusión intersticial
* Difusión en Estado Estacionario:
Muchas veces es necesario conocer a que velocidad ocurre la difusión, o la
velocidad de transferencia de masa. Normalmente esta velocidad se la expresa
como un flujo de masa (J).
El flujo de masa esta definido como la masa o numero de átomos (M) que
difunden perpendicularmente a través de la unidad de área de un solido.
J=MAt
Donde:
J: flujo de masa
M: masa
At: área de difusión
El Flujo de Difusión se expresa
en kilogramos o átomos por metro cuadrado por segundo: (Kg/m2 – s) o
(átomos/m2 – s).
* Gradiente de concentración:
Este muestra la formar en que la composición de un material varía con la
distancia; (Ac) es la diferencia en la concentración a lo largo de una distancia
(Dx). Este gradiente puede darse al poner en contacto dos materiales de
composición distinta.
J=-DDcDx
Donde:
J: flujo de masa
D: masa

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Dc/Dx: gradiente de concentración
Esta ecuación también conocida como LA PRIMERA LEY DE FICK
Figura 3: Gradiente de difusión (1° LEY DE FICK)
* Difusión En Estado No Estacionario:
En una zona determinada del solido, el flujo de difusión y el gradiente de
difusión varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las
substancias que difunden.
En condiciones no estacionarias es conveniente utilizar la siguiente ecuación
de derivadas parciales:
∂C∂t=∂∂x(D∂C∂x)
Esta ecuación se denomina SEGUNDA LEY DE FICK. Si el coeficiente de
difusión es independicen de la composición, lo cual deberá comprobarse para
cada situación particular de difusión,
Figura 4: difusión en estado no estacionario
* Factores de Difusión
Energía de Activación: Se puede interpretar como la energía requerida para
producir el movimiento
difusivo de un mol de átomos.
Efecto Kirkendall: Movimiento físico de una interfase, debido a distintas
velocidad de difusión.
Temperatura: La temperatura ejerce gran influencia en los coeficientes de
velocidad e difusión: y esta dependencia cumple la siguiente expresión:

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D=D0exp⁡(-QdRT)
Donde:
D0: factor de frecuencia independiente
Qd: Energía de activación
R: constante de los gases
T: temperatura absoluta
* OTROS TIPOS DE DIFUSION:
Crecimiento de grano: Es el movimiento de los bordes de grano mediante la
difusión a fin de reducir el área superficial de bordes de grano. Como resultado
los granos pequeños desaparecen y los restantes se hacen mas grandes.
Difusión en borde de grano: Es el movimiento de átomos a lo largo de los
bordes de grano. Es más rápida que la difusión volumétrica, ya que los átomos
están menos compactos en los bordes de grano.
Difusión en Superficies: Movimiento de los átomos a lo largo de superficies,
como grietas o en superficie de partículas.
Difusión Volumétrica: Movimiento de los átomos en el interior de los granos.
BIBLIOGRAFIA
* ASKELAND,DONALD: Ciencia Ingeniería de los Materiales, Thompson,
México
* CALLISTER, WILLIAN: Introducción a la Ciencia Ingeniería de los Materiales
Reverte S.A., México.