Difusão

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DIFUSÃO
Prof. M.a Elayne Grun
Ciência dos Materiais – Prof. Elayne 
DEFEITOS PONTUAIS
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MOBILIDADE ATÔMICA - DIFUSÃO
A difusão atômica é um fenômeno muito importante que nos ajuda a compreender
por que os materiais submetidos a tratamentos térmicos, como os metais,
apresentam melhoras em suas propriedades.
O estudo da difusão nos ajuda analisar a inter-relação entre a estrutura, o
processamento, as propriedades e o desempenho de um material.
A partir dos mecanismos de difusão vamos entender como é possível introduzir
átomos de impurezas em sólidos cristalinos e qual a relação com o tempo e a
temperatura. Adicionalmente vamos compreender que para ocorrerem os
fenômenos da difusão é necessária a presença de imperfeições na rede cristalina,
como os defeitos de lacunas e os defeitos em que átomos estão localizados em
uma posição intersticial.
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MOBILIDADE ATÔMICA - DIFUSÃO
A difusão é um fenômeno que ocorre no interior de materiais sólidos, líquidos e
gasosos e, genericamente, poder ser definida como o fluxo de átomos ou
espécies de uma região de elevada concentração a uma região de baixa
concentração e que dependem essencialmente do gradiente de concentração
e da temperatura.
(ASKELAND; WRIGHT, 2014).
- Difusão é o fenômeno de transporte de matéria por movimento: atômico (nos
metais), íons (nas cerâmicas) e macromoléculas (nos polímeros) que
dependem do gradiente de concentração e temperatura.
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DIFUSÃO
• Transferência de massa quer dentro de um sólido específico
(ordinariamente num nível microscópico);
• É a migração em etapas de átomos de um sítio de rede para outro
sítio da rede;
• Os átomos em materiais sólidos se encontram em movimento
constante, rapidamente mudando de posições.
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Inicialmente as partículas da tintura estão agrupadas e, com movimentos aleatórios,
essas partículas se espalham na água de maneira uniforme e homogênea, não
havendo regiões com diferentes concentrações de tinta.
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DIFUSÃO
• Para que um átomo se mova, duas condições devem ser
satisfeitas:
(1) deve existir um sítio adjacente vazio, e
(2) o átomo deve ter suficiente energia para quebrar as
ligações com seus átomos vizinhos e assim causar uma
distorção da rede durante o deslocamento.
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DIFUSÃO
Numa temperatura específica alguma pequena fração do 
número total de átomos são capazes de realizar o 
movimento difusivo, em virtude das magnitudes das 
energias de vibração. Esta fração aumenta com o 
aumento da temperatura.
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Difusão por vacâncias ou lacunas; 
Como o próprio nome sugere, na difusão em lacunas ocorre o movimento do
átomo e da lacuna existente na rede cristalina do metal, em que o átomo ocupa a
posição da lacuna e a lacuna passa a ocupar a posição do átomo.
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Difusão intersticial;
A difusão intersticial é outro tipo de movimento atômico no qual os átomos
inicialmente localizados em uma posição intersticial migram para uma posição
intersticial adjacente e vazia
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A taxa com que os átomos, íons e outras partículas que se difundem em um
material pode ser aferido através do fluxo J, no entanto, para melhor
compreensão, vamos nos referir apenas a átomos.
O fluxo J corresponde ao número de átomos que se movimentam por unidade de
área, por unidade de tempo em regime estacionário ao longo de uma única
direção (x) e é determinado pela Equação 2.8, também conhecida como primeira
lei de Fick:
em que D é a constante de proporcionalidade (m²/s), o sinal negativo indica a
direção da difusão que se dá contra o gradiente de concentração dC/dx , isto é,
da concentração mais alta para a mais baixa
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A dependência dos coeficientes de difusão se relacionam com a temperatura ou a
energia térmica por meio da Equação 2.12:
em que:
D0 é uma constante pré-exponencial independente da temperatura (m²/s), R é a
constante universal dos gases ideais (1,987 cal / mol.K ou 8,314 J / mol.K ou
8,62 eV / átomo .K ), T é a temperatura absoluta (K) e Qd é a energia de
ativação para a difusão.
Em via de regra, as energias de ativação são menores na difusão intersticial
quando comparadas à difusão por lacunas.
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MOBILIDADE ATÔMICA - DIFUSÃO
Os cálculos dos coeficientes de difusão mostram como a temperatura altera a
magnitude da difusão.
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1) As expressões dos coeficientes de difusão do carbono no Fe-α(ferrita) e
no Fe-ɣ (austenita) são apresentadas abaixo.
a) Determine Dα e Dɣ a 800 ºC e a 1000 ºC.
b) Comparando os coeficientes de difusão do carbono no Fe-α e no Fe-ɣ (na
temperatura de 800 °C, por exemplo), você notará que existe uma diferença.
Explique essa diferença com base na estrutura cristalina do Fe-α (CCC) e
do Fe-ɣ (CFC).