Ciència i Tecnologia de Materials
1
Tema 4 –Difusió
4.1 Introducció
4.2 Naturalesa de la difusió
4.3 Mecanisme de difusió
4.4 Definicions
Flux
Coeficient de difusió
4.5 Difusió en estat estacionari
4.6 Difusió en estat no estacionari
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Orientación Universidad
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Busca documentos
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Busca tu universidad
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Video Cursos
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Quiz
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pregúntale a la comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
¡Nuestros e-books salva-estudiantes!
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
materiales problemas y teoria, Ejercicios de Materiales
Tema de disufion de materiales con problemas
Tipo: Ejercicios
2019/2020
1 / 54
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Documentos relacionados
Vista previa parcial del texto
¡Descarga materiales problemas y teoria y más Ejercicios en PDF de Materiales solo en Docsity!
Ciència i Tecnologia de Materials
4.1 Introducció 4.2 Naturalesa de la difusió 4.3 Mecanisme de difusió 4.4 Definicions Flux Coeficient de difusió 4.5 Difusió en estat estacionari 4.6 Difusió en estat no estacionari
Ciència i Tecnologia de Materials
Introducció
- Difusió : procés de transport de matèria dins un material degut a un gradient de concentració o de pressió. Difusió en fase gas Difusió en líquid Difusió en estat sòlid
Ciència i Tecnologia de Materials
ELEVADA DURESA
Els requeriments en superfície i a l’interior no són els mateixos: DURESA INTERMITJA-ALTA Fabricar en un mateix procés una peça amb propietats antagòniques és molt complex i generalment car. Aquestes peces d’acer es fabriquen per pulvimetal·lúrgia i després es sotmeten a un procés de difusió per canviar la composició exterior. Exemple de difusió en estat sòlid:
Ciència i Tecnologia de Materials
Difusió en estat sòlid : procés de transport de matèria dins un material degut a un gradient de concentració o de pressió. Naturalesa de la difusió:
- Interdifusió → quan àtoms d’un element difonen dins un altre element. La composició del material canvia.
- Autodifusió → Àtoms d’un mateix element difonen bescanviant posicions. No provoca alteració de la composició
t
t
Ciència i Tecnologia de Materials
Mecanismes de difusió Difusió intersticial: moviment d’àtoms a través de posicions intersticials. Condicions per la difusió: 1 ) que hi hagi posició intersticial propera, 2 ) energia suficient Ideal per àtoms petits (H, C, N, O). Característiques: 1 ) Procés més ràpid que dif. per vacants (àt. petits→ + ràpids) 2 ) Més possibilitats de moviments (+ posicions intersticials) vacants intersticial
Ciència i Tecnologia de Materials
Mecanismes de difusió
Per límits de gra: els àtoms es mouen aprofitant el desordre
dels límits de gra.
Difusió límit gra > difusió intersticial > difusió vacants
Ciència i Tecnologia de Materials
Definicions Coeficient de Difusió (D) → Capacitat d’un determinat àtom de difondre a través d’una xarxa cristal·lina a una temperatura determinada. Difussivitat intrínseca o factor de freqüència [D 0 ] = m^2 /s Energia d’activació [Qv] = J/mol Constant gasos [R] = J/K mol Temperatura [T] = K exp( ) 0 RT Qv D = D − m^2 /s
Ciència i Tecnologia de Materials
Definicions Coeficient de Difusió (D) → Capacitat d’un determinat àtom de difondre a través d’una xarxa cristal·lina a una temperatura determinada. exp( ) 0 RT Qv D = D − γ γ T Vacant (^) vs (^) inters . xarxa
D Fe/Fe(BCC) , D C/Fe(BCC)
Ciència i Tecnologia de Materials
Difusió en estat estacionari
Ciència i Tecnologia de Materials
Difusió en estat estacionari Procés de difusió on la composició química del material no canvia amb el temps. Procés de difusió on el flux es manté constant.
- Flux de difusió (velocitat de transferència de massa) : At M J = Unitats: kg/m^2 ·s àtoms/m^2 ·s
- Primera llei de Fick : expressió matemàtica de la difusió en estat estacionari en una direcció (x): 𝐽 = −𝐷 𝑑𝐶 𝑑𝑥 1ª Llei de Fick Coeficient de difusió [D] = m^2 /s Gradient de concentració de la substància difusiva dins el material [C] = Kg/m^3 ó g/cm^3 MOTOR DIFUSIÓ: Gradient de concentració
Ciència i Tecnologia de Materials
Difusió en estat estacionari
- Coeficient de difusió ( D ) :
Capacitat d’un determinat àtom per difondre per una xarxa
cristal·lina a una temperatura determinada.
exp( ) 0 RT Qv D = D − D 0 és la difusitivitat intrínseca, o factor de freqüència. [ m^2 /s] Qv és l’energia d’activació [J] R és la constant dels gasos 8,31 J/mol·K T és temperatura en K.
m
2
/s
Ciència i Tecnologia de Materials
Factors que afecten a la difusió
- Mecanisme de difusió. El coeficient de difusió (D) depèn del mecanisme (intersticial vs vacants)
- Especies que difonen. Àtoms petits difonen més ràpid
- Temperatura: D augmenta amb la T
- Tipus d’estructura cristal·lina: La difusió es facilita en estructures menys compactes
- Tipus i quantitat de defectes: La difusió s’afavoreix amb defectes grans (límits de gra) i amb major número de defectes. 𝐽 = −𝐷 Δ𝐶 Δ𝑥 exp( ) 0 RT Qv D = D −
Ciència i Tecnologia de Materials
Difusió en estat estacionari: Exercici 1 Una tanc d'acer, de 0 , 02 cm d'espessor, conté nitrogen gas a una concentració de 3 · 1020 àtoms/cm^3. A l'exterior del tanc hi ha una concentració de nitrogen de 5 · 1010 àtoms/cm^3. Calcular el flux de àtoms de nitrogen que difonen a través de la paret d'acer a 750 ºC. D 0 = 4 , 7 · 10 -^3 cm^2 /s, Q = 18. 3 kcal/mol R = 1 , 987 cal/K·mol
Ciència i Tecnologia de Materials
Difusió en estat estacionari: Exercici 1 Una tanc d'acer, de 0 , 02 cm d'espessor, conté nitrogen gas a una concentració de 3 · 1020 àtoms/cm^3. A l'exterior del tanc hi ha una concentració de nitrogen de 5 · 1010 àtoms/cm^3. Calcular el flux de àtoms de nitrogen que difonen a través de la paret d'acer a 750 ºC. D 0 = 4 , 7 · 10 -^3 cm^2 /s, Q = 18. 3 kcal/mol R = 1 , 987 cal/K·mol 𝐽 = −𝐷 · Δ𝐶 Δ𝑥 = −𝐷 · (𝐶𝑒𝑥𝑡−𝐶𝑖𝑛𝑡) Δ𝑥 𝐷 = 𝐷 0 exp( − 𝑄𝑣 𝑅𝑇 ) = 4 , 7 · 10 − 3 𝑐𝑚 2 𝑠 exp( − 18300 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙 1 ,987𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙𝐾·( 273 + 750 )𝐾 ) 𝐷 = 5 , 784 · 10 − 7 𝑐𝑚 2 /𝑠 𝐽 = −𝐷 · Δ𝐶 Δ𝑥 = − 5 , 784 · 10 −^7 𝑐𝑚^2 𝑠 · 5 · 1010 − 3 · 1020 à𝑡𝑜𝑚𝑠/𝑐𝑚^3 0 ,02𝑐𝑚