5 difusión 2015-2

INGENIERIADE

MATERIALESIng. Alejandra Garza

Vázquez

¿Porqué podemos percibir el olor de

las cosas?

¿Porqué se disuelve una cucharada de

azúcar dentro de la taza de café?

¿Porqué el humo de los cigarros se

esparce dentro de una habitación?

DIFUSION

¿Qué es Difusión?Es el movimiento de los átomos en un material.

Los materiales no homogéneos pueden llegar a ser homogéneos mediante la difusión.

video deDifusión

Mecanismos de Difusión

1.- Difusión por VacantesUn átomo abandona su posición en la red para ocupar alguna vacante próxima y dejando una nueva.

La dirección general del flujo de los átomos es opuesto a la dirección del flujo de vacantes.

2.- Difusión IntersticialLos átomos intersticiales se difunden a otros puntos intersticiales.

Este proceso de difusión es más rápido y fácil pues los intersticios existen siempre y no se

necesita una energía adicional para su creación.

3.- HeterodifusiónDistintos átomos intercambian sus posiciones en la red.

Par Difusor Cobre-Níquel: Se aplica tratamiento térmico a

elevada temperatura. Difusión de los átomos del Cu en

el Ni. Al final, los átomos del Cu están

uniformemente distribuidos en todo el Ni.

CuproníquelEl cuproníquel es una aleación de cobre al 70%, níquel al 30% y una pequeña cantidad de impurezas que le hacen más resistente, tales como el hierro y el manganeso. El cuproníquel presenta una buena resistencia a la corrosión; por ejemplo, no se corroe con el agua del mar, razón por la que se usa mucho en equipamiento marino (hélices, ejes, cascos, etc).

Esta aleación se ha usado muy extensamente para la acuñación (troquel) de monedas de curso legal, de bajo valor y uso corriente.

El cuproníquel también se usa mucho en la fabricación de condensadores y aparatos de destilación.

Monedas de Fabricación Actual

ComposiciónAleación de acero inoxidable integrada como sigue:

•entre 16% y 18% (dieciséis y dieciocho por ciento), de cromo; •0.75% (setenta y cinco centésimos de punto porcentual) de níquel, máximo; •0.12% (doce centésimos de punto porcentual) de carbono, máximo; •1% (uno por ciento) de silicio, máximo; •1% (uno por ciento) de manganeso, máximo; •0.03% (tres centésimos de punto porcentual) de azufre, máximo; •0.04% (cuatro centésimos de punto porcentual) de fósforo, máximo; y •lo restante de hierro.

Monedas de Fabricación Actual

ComposiciónAleación de bronce-aluminio integrada como sigue:

•92% (noventa y dos por ciento) de cobre; •6% (seis por ciento) de aluminio; y •2% (dos por ciento) de níquel.

Monedas de Fabricación Actual Composición

Moneda bimetálica constituida por dos aleaciones, una para su parte central y otra para su anillo perimétrico, como sigue:

Parte central de la moneda.

Aleación de bronce-aluminio.Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.En esta composición el peso es de 1.81 gramos. 

Anillo perimétrico de la moneda. Aleación de acero inoxidable.Como la que se refiere en la composición de la moneda de cinco centavos.En esta composición el peso es de 2.14 gramos.

Parte central de la moneda. Aleación de bronce-aluminio.Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.En esta composición el peso es de 2.38 gramos.  

Anillo perimétrico de la moneda. Aleación de acero inoxidable.Como la que se refiere en la moneda de cinco centavos.En esta composición el peso es de 2.81 gramos.

Parte central de la moneda. Aleación de bronce-aluminio.Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.En esta composición el peso será de 3.25 gramos. 

Anillo perimétrico de la moneda. Aleación de acero inoxidable.Como la que se refiere en la composición de la moneda de cinco centavos.En esta composición el peso será de 3.82 gramos.

Monedas de Fabricación Actual Composición

Moneda bimetálica constituida por dos aleaciones, una para su parte central y otra para su anillo perimétrico,  como sigue:

Parte central de la moneda. Podrá ser cualquiera de las aleaciones siguientes: A) Aleación de plata sterling.* Ley: 0.925 * Metal de Liga: Cobre * Peso: 5.604 gramos. * Contenido: 5.184 gramos, equivalente a 1/6 oz. (un sexto) de onza troy de plata pura.

B) Aleación de alpaca plateada. * Peso: 4.75 gramos. * Contenido: 65% de cobre, 10% de níquel y 25% de zinc. 

Anillo perimétrico de la moneda. Aleación de bronce-aluminio.Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.En esta composición el peso será de 5.579 gramos.

Parte central de la moneda Plata sterling, ley 0.925 

Anillo perimétrico de la moneda. Aleación de bronce-aluminio.

Energía de Activación (Q)Puesto que los átomos son forzados o deformados al pasar entre otros durante la difusión, se requiere una energía alta. Esta cantidad es la energía de activación Q.

Generalmente, el átomo sustitucional requiere de una mayor energía que el intersticial.

Tabla de Datos de Difusión

Difusión en Estado

Estacionario:

1ra LEY de FICK

1ra Ley de Fick (I)

Ecuación que relaciona el Flujo de Atomos por Difusión con el

Coeficiente de Difusión y con el Gradiente de Concentración.

1ra Ley de Fick (II)

1ra Ley de Fick (III)Determina el flujo neto

de átomos, J, que se difunden de una región a otra dentro del material.

Donde dc es la diferencia en la concentración de átomos a lo largo de una distancia dx dentro del material.

D es el coeficiente de difusión.

dc/dx es el gradiente de concentración.

1ra Ley de Fick (IV)

D es el coeficiente de difusión.D0 es una constante para un sistema de difusión

dado.Q es la energía de activación necesario para un

sistema de difusión dado.D0 y Q son variables según los materiales.R es la constante universal de los gases. (R = 1.987 cal/mol°K ó 8.314 J/mol°K)T es la temperatura en °K.

RTQ-D D 0 exp

Datos de Difusión para algunos Materiales

Difusión en Estado No

Estacionario:

2da LEY de FICK

2da Ley de Fick (I)

Ecuación Diferencial Parcial que describe la Rapidez a la cual se

Redistribuyen los Atomos en un material por Difusión.

2da Ley de Fick (II)

2

2

x

c D -tc

Por Condiciones de Frontera se obtiene la solución a la 2da Ley de Fick:

X = 0; t = 0; C = CS

X ≠ 0; t = 0; C = C0

X ≠ 0; t > 0; C = CX

Dt2xf - 1

c-cc-c

err0s

0x

2da Ley de Fick (III)

Dt2xf

c-cc-c

err0s

xs

CS = Concentración superficial.CX = Concentración a una x distancia que se requiere y a un tiempo cualquiera que se requiere.C0 = Concentración inicial del elemento que se difunde.x = distancia (es finita).D = Coeficiente de Difusión.t = tiempo (en segundos).

2da Ley de Fick (IV)

Valores de la Función de Error

Cementación o Carburización (I)Tratamiento térmico para endurecer la superficie de aceros (de bajo contenido de carbono) mediante una fuente gaseosa o sólida de carbono. El carbono que se difunde hacia la superficie la hace más dura y más resistente a la abrasión.

Cementación o Carburización (II)