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INGENIERIA DE MATERIALES Ing. Alejandra Garza Vázquez. ¿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?. ¿ Porqué podemos percibir el olor de las cosas?. DIFUSION. ¿Qué es Difusión?.
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¿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? ¿Porqué podemos percibir el olor de las cosas?
¿Qué es Difusión? Es el movimiento de los átomos en un material. Los materiales no homogéneos pueden llegar a ser homogéneos mediante la difusión.
1.- Difusión por Vacantes Un 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 Intersticial Los 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.- Heterodifusión Distintos 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.
Cuproníquel El cuproníquel es una aleación de cobre al 70%, níquelal 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.
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.
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 (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. • D0es una constante para un sistema de difusión dado. • Q es la energía de activación necesario para un sistema de difusión dado. • D0y 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.
2da Ley de Fick (I) Ecuación Diferencial Parcial que describe la Rapidez a la cual se Redistribuyen los Atomos en un material por Difusión.
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 2da Ley de Fick (II)
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 (III)
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.
