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Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com CAPÍTULO 2 – DIFUSÃO O capítulo anterior foi mais concentrado com estabilidade ou equilíbrio no arranjo dos átomos em uma liga. O estudo de transformações de fases diz respeito aos mecanismos pelos quais um sistema tenta chegar a este estado e quanto tempo leva. Um dos processos mais fundamentais que controla a taxa na qual ocorrem várias transformações é a difusão de átomos. A razão por que a difusão ocorre é sempre de modo a provocar uma diminuição na energia livre de Gibbs. Como uma simples ilustração dessa considera-se a Fig. 2.1. Dois blocos da mesma solução sólida A-B, mas com composição diferentes, são soldadas juntas sendo realizada em uma temperatura alta o suficiente para que tenha a ocorrência de difusão. Se o diagrama de energia livre molar da liga é tal como mostrado na Fig.2.1b, a energia livre molar de cada parte da liga pode ser dado como G1 e G2, e inicialmente a energia livre total do bloco soldado será G3. No entanto, se a difusão ocorre tal como indicado na Fig.2.la de modo a eliminar as diferenças de concentração, a energia livre irá diminuir em direção a G4, a energia livre de uma liga homogénea. Assim, neste caso, uma diminuição da energia livre é produzida por difusão de átomos de A e B para longe das regiões de alta concentração para as de baixa concentração, isto é, gradientes de baixa concentração (down-hill). No entanto, isso não precisa ser sempre o caso, como foi indicado na seção 1.4. Em sistemas de ligas que possuem um lacuna de miscibilidade, as curvas de energia livre pode ter um curvatura negativa a baixas temperaturas. Se a curva de energia livre e a composição para a liga A-B ilustrada na Fig.2.1a foram desenhados na Fig.2.ld os átomos A e B iriam se difundir para as regiões de alta concentração (up-hill), isto é, gradientes de alta concentração, como mostrado na Fig.2.1c. Contudo, isso ainda é um processo mais natural, uma vez que reduz a energia livre de G3 para G4, novamente. Como pode ser visto na Fig.2.1e e f os átomos A e B são difundidos para regiões onde o potencial químico é alto para regiões onde é baixo, ou seja, para baixo o gradiente de potencial químico em ambos os casos. Na prática, o primeiro caso mencionado acima é muito mais comum do que o segundo caso, e é geralmente assumido que a difusão Carlos Realce Carlos Nota desenhar os esquemas para facilitar a compreensãonull Carlos Realce Carlos Realce Carlos Realce Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com ocorre para gradientes de baixa concentração. No entanto, pode se ver que isto só é verdade em circunstâncias especiais e por esta razão, é estritamente falado melhor para expressar a força motriz para a difusão em termos de um gradiente de potencial químico. A Difusão cessa quando os potenciais químicos de todos os átomos estão em toda parte ao mesmo tempo e o sistema está em equilíbrio. No entanto, uma vez que o caso 1 acima é encontrado principalmente na prática e porque as diferenças de concentração são muito mais fáceis de medir do que a diferença de potenciais químicos, é mais conveniente relacionar difusão aos gradientes de concentração. O restante deste capítulo será, assim, preocupado principalmente com esta abordagem à difusão. 2.1. Mecanismo Atômico de Difusão Há dois mecanismos comuns pelos quais os átomos podem se propagar, através de um sólido e o mecanismo operativo depende do tipo de local ocupado no sítio. Os Átomos Substitucionais geralmente difundem-se por um mecanismo de vaga enquanto que os menores átomos intersticiais migrar, forçando seu caminho entre os átomos maiores, ou seja, intersticialmente. Normalmente, um átomo de substituição em um cristal oscila em torno de um determinado sitio e é rodeado por átomos vizinhos em sítios semelhantes. A média vibracional de energia possuída por cada átomo é dada por 3 kT, e consequentemente, aumenta em proporção à temperatura absoluta. Uma vez que a frequência de vibração média é aproximadamente constante, a energia de vibração é aumentada por aumentar a amplitude de oscilações. Normalmente, o movimento de um átomo substitutivo é limitado por seus vizinhos e o átomo não pode se mover para outro sítio. No entanto, se um local adjacente está vago, pode acontecer que uma violenta oscilação particular resulte em um átomo saltando para a vaga, isto é, ilustrado na Fig. 2.2. Note-se que, a fim de ocorrer o salto para os átomos sombreadas na fig. 2.2b deve mover-se para além de criar um espaço suficiente para a migração de um átomo, passar entre eles. Por conseguinte, a probabilidade de que qualquer átomo poderá saltar para um local vago depende da probabilidade de que ele pode adquirir energia vibracional suficiente. A taxa em que qualquer átomo dado é capaz de migrar em um sólido será claramente determinado pela frequência com que encontra-se uma vaga e este por sua vez depende da concentração de vagas no sólido. Será mostrado que tanto a probabilidade de salto e a concentração de vagas são extremamente sensíveis à temperatura. Carlos Realce Carlos Realce Carlos Realce Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com Quando um átomo de soluto é sensivelmente menor em diâmetro do que o solvente que ocupa um dos interstícios entre os átomos de solvente, em materiais CFC os sítios intersticiais estão a meio caminho ao longo das bordas do cubo ou, equivalentemente, no meio da célula unitária, Fig. 2.3a. Estes são conhecidos como sítios octaédricos desde que os seis átomos em torno do local formam um octaedro. No Veja treliça os átomos intersticiais muitas vezes ocupam os sítios octaédricos que agora estão localizados em posições à beira do centro ou em posições centralizadas na face como mostrado na Fig.2.3b. Normalmente, a concentração de átomos intersticiais é baixa onde apenas uma pequena fração dos locais disponíveis é ocupada. Isto significa que cada átomo intersticial está sempre rodeado por locais vagos e pode saltar para outra posição tão frequentemente quanto a sua energia térmica permite que ele supere a barreira de energia de deformação para migração, Fig. 2.4. 2.2. Difusão Intersticial 2.2.1. Difusão Intersticial com o processo de saltos aleatórios Vamos primeiro considerar um modelo simples de uma solução sólida intersticial diluído onde os átomos são dispostos numa rede cúbica simples e o soluto 3 átomos se encaixam perfeitamente nos interstícios, sem causar qualquer distorção da rede cristalina. Assumimos que a solução é tão diluída que cada átomo intersticial está rodeado por seis interstícios/locais vagos. Se a concentração de B varia em uma dimensão (x) através da solução (ver Fig. 2.5) os átomos de B pode difundir todo o material até que a sua concentração seja a mesma em todos os lugares. O problema a ser considerado, em seguida, consiste nas preocupações como a difusão está relacionada com as características de salto aleatórios dos átomos intersticiais. Para responder a esta questão considera-se a troca de átomos entre dois planos atómicos adjacentes, tais como (1) e (2) na Fig. 2.5a. Assume-se que, em média, um átomo intersticial salta ΓB vezes por segundo (Γ = grego gama de capital) e que cada Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFCCampus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com salto é numa direção aleatória, isto é, existe uma probabilidade igual do átomo de saltar para cada um dos seis locais adjacentes. Se o plano (1) contém n1 B-átomos por m2 o número de átomos que saltam do plano (1) para (2) em 1 s (J) será dado por: 𝐽𝐵1 = 1 6 Γ𝐵n1 atoms m-² s-¹ Durante o mesmo tempo, o número de átomos que passam do plano (2) a (1). I assumindo TR é independente da concentração, é dada por: 𝐽𝐵2 = 1 6 Γ𝐵n2 atoms m-² s-¹ Desde que n1>n2 haverá um fluxo de átomos da esquerda para a direita dadas por: 𝐽𝐵 = 𝐽𝐵1− 𝐽𝐵2 = 1 6 Γ𝐵(n1 − n2) atoms m-² s-¹ Onde n1 e n2 são relacionadas com a concentração de B na rede. Se a separação dos planos (1) e (2) é α uma concentração de B na posição de plano (1) CB(l) = n1/α átomos m-3. Da mesma forma CB (2) = nl / a. portanto (n1 − n2 ) = cr (CB (l) -. CR (2)} e a partir da Fig 2.5b pode ser visto que CB (l) - C8 (2) = -rr (DCS / dx). Substituindo estas equações na equação anterior será dado: 𝐽𝐵2 = − ( 1 6 Γ𝐵α²) 𝜕𝐶𝐵 𝜕𝑥 atoms m-² s-¹ A derivação parcial 𝜕𝐶𝐵 𝜕𝑥 pode ser usada para indicar que o gradiente de concentração pode mudar com o tempo. Assim, na presença de um gradiente de concentração o salto aleatório de átomos individuais produz um fluxo líquido de átomos para baixo do gradiente de concentração. Substituindo 𝐷𝐵 = 1 6 Γ𝐵α² (Equação 2.3) Logo: 𝐽𝐵2 = −𝐷𝐵 𝜕𝐶𝐵 𝜕𝑥 Esta equação é idêntica ao proposto por Fick em 1855 e é geralmente conhecido como Primeira Lei de Fick de difusão. 𝐷𝐵 é conhecido como difusividade intrínseca ou o coeficiente de difusão do B, e tem unidades ['m² s-¹]. As unidades são para J são [quantidade m-² s-¹] e para 𝜕𝐶𝐵 𝜕𝑥 [quantidade rn-¹]. Em que a unidade de quantidade pode ser em termos de átomos, moles. Kg, etc, contanto que seja o mesmo para J e C. Quando o salto de átomos B é verdadeiramente aleatório com uma frequência independente da concentração. 𝐷𝐵 é dada por 𝐷𝐵 = 1 6 Γ𝐵α 2 e também é uma constante independente da concentração. Embora esta equação para 𝐷𝐵 foi derivada para a difusão intersticial em uma rede cúbica simples é igualmente aplicável a qualquer átomo de difundir aleatoriamente em qualquer estrutura desde que a cubrc substituição correta para o salto de uma distância é feito. Em reticulados não cúbicos a probabilidade de saltos em diferentes direções cristalográficas não é igual e D varia com a direção. Os átomos do reticulado hexagonal, por exemplo, difundem-se a taxas paralelas diferentes e perpendiculares ao plano basal. Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com A condição de que os saltos atômicas ocorrer de forma completamente aleatória e independente de concentração não é usualmente cumprida em ligas reais. No entanto, é encontrado na experiência que a primeira lei de Fick, é ainda aplicável, embora apenas se o coeficiente de difusão D é feita para variar de acordo com a composição. Por exemplo, o coeficiente de difusão do carbono no CFC-Fe em 1000ºC é de 2,5 x l0-¹¹ m² s-¹ a 0,15% em peso de C, mas sobe para 7,7 x 10-¹¹ m²s-1 'em soluções contendo 1,4 wt % C. A razão para o aumento de concentração é 𝐷𝐶 𝛾 com que os átomos de C a estirpe o reticulado de Fe tornando assim mais fácil a difusão como a quantidade de deformação aumenta. Como um exemplo da utilização da Equação 2.3 os seguintes dados podem ser utilizados para estimar a frequência de salto de um átomo de carbono em Y-Fe em 1000ºC. O parâmetro de rede de y-Fe é ≈0.37 nm, assim, a distância de salto a = 0,37 /, 2 = 0,26 nm (2,6 A). Assumindo D = 2,5 x 10-11 m² s -1, leads com o resultado de que Γ = 2 x 10 saltos s-1. Se a frequência da vibração átomos de carbono é ≈1013, apenas cerca de um em seguida, tentativa de resultados 104 em um salto a partir de um local para outro. É igualmente interessante considerar o processo de difusão a partir do ponto de vista de um único átomo de difusão. Se a direção de cada novo salto é independente da direção do salto anterior processo é conhecido como um passeio aleatório. Para um passeio aleatório em três dimensões que pode ser mostrado após n passos de o comprimento de um átomo "médio" ser substituída por uma distância de rede a partir de sua posição original. (Este é mais precisamente a média da raiz quadrada do deslocamento após n passos). Portanto, após um tempo t do átomo média terá avançado uma r distância radial da origem, onde r = α√𝛤𝑡 (2.5) Substituindo a Equação 2.3 para r dá r = 2,4√𝐷𝑡 (2.6) Será visto que a distância √𝐷𝑡 é uma quantidade muito importante em problemas de difusão. Para o exemplo de difusão de carbono em γ-Fe acima, em 1s cada átomo de carbono moverá uma distância total de ≈ 0.5m mas apenas chegará a um deslocamento líquido de - 10 μm. É óbvio que muito poucos dos saltos atômicos fornecem uma útil contribuição para a distância total da difusão. 2.2.2. Efeito da Temperatura – Atividade Térmica Vamos agora dar uma olhada mais de perto o processo de salto real = para um átomo intersticial como na Fig. 2.6a. Devido à energia térmica dos sólidos de todos os Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com átomos serem vibratórias sobre as suas posições de repouso e, ocasionalmente, um oscilador particularmente violento de um átomo intersticial, ou alguma possibilidade de coincidir dos movimentos da matriz e dos átomos intersticiais, irá resultar num salto. Como o coeficiente de difusão está intimamente relacionado com a frequência de tais saltos, Γ, é interessante conhecer os fatores que controlam Γ e o efeito de aumentar a temperatura do sistema. As posições de descanso dos átomos intersticiais são posições de energia potencial mínima. A fim de mover um átomo intersticial para um interstício adjacente aos átomos da estrutura-mãe deve ser forçada para além em das posições de energia mais elevadas, como mostrado na Fig. 2.6b. O trabalho que deve ser feito para realizar este processo causa um aumento na energia livre do sistema entre ΔGm (m refere-se a migração), como mostrado na Fig.2.6c ΔGm é conhecido como a energia de ativação para a migração do átomo intersticial. Em qualquer sistema em equilíbrio térmico os átomos estão constantemente a colidir umas com as outras e mudando a sua energia vibracional. Em média, a fracção de átomos com uma energia de ΔG ou mais do que a energia média é dada por exp(-ΔG/RT). Assim, se o átomo intersticial na Fig. 2.6a está vibrando com uma frequência média na direção x faz v tentativas por segundo para saltar para o próximo local e a fração dessas tentativas que são bem sucedidos é dada por exp(-ΔG, / RT). Agora o átomo vibra aleatoriamente no espaço tridimensional, e se ele é rodeado por locais z a que se pode saltar a frequência de salto é dada por Γ𝐵 = 𝑧 𝜐 exp −ΔG𝑚 𝑅𝑇 (2.7) ΔGm pode ser considerado como sendo a soma de uma grande entalpia de ativação ΔH, e um pequeno termo entropia de ativação - TΔS. Combinando esta equação com a expressão 2.3 dá o coeficiente de difusão Γ𝐵 = [ 1 6 𝑧 𝜐 −ΔH𝑚 𝑅𝑇 ] exp −ΔH𝑚 𝑅𝑇 (2.8) Pode ser simplificado para um tipo de equação de Arrenhius, que é D𝐵 = D𝐵0 exp −Q𝐼𝐷 𝑅𝑇 (2.9) Onde D𝐵 =1 6 𝛼2𝑧 𝜐 exp −ΔS𝑚 𝑅𝑇 (2.10) e Q𝐼𝐷 = ΔH𝑚 (2.11) Os termos que são virtualmente independentes da temperatura sendo agrupadas em um material simples de constante D0. Portanto D ou Γ aumenta exponencialmente com a temperatura a uma taxa determinada pela ativação de entalpia Q𝐼𝐷(ID refere-se a Difusão Intersticial. Equação 2.9 é encontrado a concordar com medidas experimentais de coeficientes de difusão em substituição, bem como a difusão Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com intersticial. No caso de difusão intersticial tem sido demonstrado que a entalpia de ativação Q depende somente da barreira de energia de ativação para o movimento de átomos intersticiais a partir de um local para outro. Alguns dados experimentais para a difusão nos vários interstícios em CCC-Fe são apresentados na Tabela 2.1. Note-se que a entalpia de ativação para aumentos de difusão de interstícios aumenta a medida que o tamanho dos átomos intersticiais aumenta. (Os diâmetros atómicos diminuem na ordem de C, N, H) Isto é para ser esperado uma vez que os átomos menores causam menos distorção da estrutura durante a migração. Uma representação gráfica conveniente de I) como uma função de temperatura pode ser obtido escrevendo Equação 2.9 sob a forma: log D𝐵 = log D𝐵0 − Q 2.3𝑅𝑇 (2.12) Assim, se log D é plotado contra (1/T) uma linha reta é obtida com uma inclinação igual a -(Q/2.3R) e uma interceptação no eixo log D no log D0, veja Fig.2.7. 2.2.3. O Estado Firme da Difusão O tipo mais simples de difusão de ocorrer é quando um estado de equilíbrio existe, que é quando a concentração em cada ponto não muda com o tempo. Por exemplo, considere um recipiente de pressão de paredes finas contendo hidrogênio, a concentração de hidrogênio na superfície interna do recipiente vai ser mantida a um nível 𝐶𝐻 dependendo da pressão no recipiente, enquanto que a concentração em que a superfície exterior é reduzida a zero pela fuga de hidrogênio para os arredores. Um estado estacionário irá eventualmente e ser atingido quando a concentração em todos os lugares atinge um valor constante. Fornecendo 𝐷𝐻, é independente concentração e haverá um único gradiente de concentração na parede dada pela 𝜕𝑦 𝜕𝑥 = 0 − 𝐶𝐻 𝑙 Onde l é a espessura da parede. Nesta base, o fluxo através da parede é determinado pela 𝜕𝑦 𝜕𝑥 = 0− 𝐶𝐻 𝑙 (2.13) Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com 2.2.4. Estado de Difusão não estacionário Na maioria das situações práticas as condições de estado estacionário não estão estabelecidas, ou seja, a concentração varia com a distância e tempo, e a primeira lei de Fick deixa de ser utilizada. Para simplificar, vamos considerar a situação mostrada na Fig.2.8a em que um perfil de concentração existe ao longo de uma dimensão (x) apenas. O fluxo em qualquer ponto ao longo do eixo-x vai depender do valor local de 𝐷𝐵 e 𝜕𝐶𝐵/𝜕𝑥, como mostrado na Fig. 2.8b. A fim de calcular a concentração de B em qualquer ponto varia com o tempo considerando uma faixa estreita de material com uma área A e uma espessura δx, como mostrado na Fig. 2.8c. O número de átomos intersticiais de B que difundem na fatia entre o plano (1) em um pequeno intervalo de tempo será J1Aδt. O número de átomos que deixam a fatia fina durante este tempo, no entanto, é apenas J2Aδt. Desde J2<J1 a concentração de B dentro da fatia terá aumentado por δ𝐶𝐵 = (𝐽1 − 𝐽2 )Aδt Aδx (2.14) Mas desde que δx seja pequeno 𝐽2 = 𝐽1 + 𝜕𝐽 𝜕𝑥 δx (2.15) E no limite δt → 0 estas equações dá 𝜕𝐶𝐵 𝜕𝑡 = − 𝜕J𝐵 𝜕𝑥 (2.16) Substituindo a Primeira Lei de Fick fica 𝜕𝐶𝐵 𝜕𝑡 = 𝜕 𝜕𝑥 (D𝐵 𝜕𝑦 𝜕𝑥 ) (2.17) Que é relacionado com a Segunda Lei de Fick. Se variações de D𝐵 com concentração podem ser ignoradas essa equação pode ser simplificada por 𝜕𝐶𝐵 𝜕𝑡 = 𝐷𝐵 𝜕²𝐶𝐵 𝜕𝑥² (2.18) Essas equações relacionam a taxa de variação da composição ao longo do tempo para o perfil de concentração de 𝐶𝐵(x). Equação 2.18 tem uma interpretação gráfica simples como 𝜕²𝐶𝐵/ 𝜕𝑥 2 é a curvatura de 𝐶𝐵 versus curva x. Se o perfil de concentração aparece como mostrado na fig. 2.9a tem uma curvatura positiva em todos os lugares e a concentração em todos os pontos na curva de um tal irá aumentar com o tempo (𝜕𝐶𝐵/ 𝜕𝑡 positivo). Quando a curvatura é negativa, como na Fig. 2.9b C, diminui com o tempo (𝜕𝐶𝐵/ 𝜕𝑡 negativo). Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com 2.2.5. Soluções para Equação de Difusão Duas soluções serão consideradas que são de importância prática, uma refere-se à situação em que é encontrado em tratamentos de calor homogeneização, e o outro é encontrado, por exemplo, na carburação de aço. Homogeneização Muitas vezes, é de interesse ser capaz de calcular o tempo necessário para que uma liga não homogênea possa atingir a homogeneidade completa, como por exemplo, na eliminação de segregação nas peças vazadas. A variação da composição mais simples que pode ser resolvido matematicamente é se 𝐶𝐵 varia senosoidalmente com distância numa dimensão, como mostrado na Fig.2.10. Neste caso, átomos de B difundem para baixo os gradientes de concentração, e regiões com curvatura negativa, tal como entre x = 0 e x = l, diminuição de concentração, enquanto que as regiões entre x = l e 21 aumentam a concentração. A curvatura é igual a zero em x = 0, l, 21, de modo que as concentrações nestes pontos permanecem inalteradas com o tempo. Por conseguinte, o perfil de concentração depois de um certo tempo, reduz o que foi indicado pela linha tracejada na Fig. 2.10. No tempo t = 0, o perfil de concentração é dado por: Onde 𝐶̅ é a composição média, e β0, é a amplitude do perfil inicial de concentração. Assumindo DB independente da solução de concentração da equação 2.18 que satisfaça a condição inicial é Onde τ é a constante chamada de tempo de relaxação e é dado por: Assim, a amplitude do perfil de concentração depois de um tempo de t(β) é dada por C em x = l/2, isto é, Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com Em outras palavras, a amplitude do perfil de concentração diminui exponencialmente com o tempo e depois de um tempo suficientemente longo para que seja próximo de zero C = C em todos os lugares. A velocidade a que isto ocorre é determinada pelo tempo de relaxamento τ. Depois de um tempo de t = τ, β = βo/e, isto é, a amplitude diminuiu para l/2,72 do seu valor no instante t = 0. A distribuição de soluto nesta fase, como mostrado pela linha tracejada na Fig. 2.10. Depois de um tempo t = 2 τ a amplitude é reduzida, num total de l / e², isto é, em cerca de uma ordem de grandeza. A partir da Equação 2.21 pode-se ver que a taxa de homogeneização aumenta rapidamente à medida que o comprimento de onda das flutuações diminui. O perfil de concentração inicial não será geralmente sinusoidal, mas, em geral, qualquer perfil de concentração pode ser considerado como a soma de um infinito de ondas sinusoidais de vários comprimentos de onda e amplitude, e cada onda decai a uma taxa determinada pelo seupróprio τ. Assim, os termos de um curto comprimento de onda desaparecem muito rapidamente e a homogeneização acabará por ser determinado por τ para o componente de maior comprimento de onda. A Carburação do Aço O objetivo da carburação é aumentar a concentração de carbono na superfície de um produto de aço, a fim de obter uma superfície resistente ao desgaste mais difícil. Isso geralmente é feito segurando o aço em uma mistura gasosa com CH4 e/ou CO a uma temperatura austenítica. Ao controlar as proporções relativas dos dois gases, a concentração de carbono na superfície do aço em equilíbrio com a mistura de gás pode ser mantida a um valor constante adequado. Ao mesmo tempo, o carbono difunde-se continuamente para a superfície o aço. Os perfis de concentração que são obtidos após diferentes períodos são mostrados na Fig. 2.11. Uma expressão analítica para estes perfis pode ser obtida pela Segunda lei de Fick usando as condições de contorno: CB (at x = 0) = CS e CB (x) = C0 concentração inicial de carbono do aço. O espécime é considerado infinitamente longo. Na realidade, o coeficiente de difusão de carbono em aumentos de austenita com o aumento de concentração, mas uma solução aproximada pode ser obtida tomando o valor médio e isto dá a solução simples. Onde ‘erf’ para a função erro com uma integral indefinida definida pela equação A função é mostrada graficamente Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com na Fig. 2.12. Valores mais acuradas podem ser obtidos a partir de livros de funções matemáticas padrão. Note-se que desde erf(0,5) ≈ 0,5, a profundidade a que a concentração de carbono está a meio caminho entre CS e CO é dado por (x/2 √𝐷𝑡) ≈ 0,5, que é x ≈ √𝐷𝑡 (2.24) Assim, a espessura da camada cementada é ≈ √𝐷𝑡. Note-se também que a profundidade de qualquer linha de concentrações iguais é diretamente proporcional a √𝐷𝑡, isto é, para obter um aumento de duas vezes na penetração requer um aumento de quatro vezes no tempo. Para o caso de difusão de carbono na austenita a 1000 °C, D = 4 x 10-11 m2s-1, o que significa que uma camada cementada de 0,2 mm de espessura requer um tempo de (0,2 x 10-3)2/ 4x 10-11, ou seja, 1000 s (17 min). Existem outras situações em que a solução para a equação de difusão é muito semelhante à Equação 2.23. Por exemplo, durante a descarbonetação do aço a concentração na superfície é reduzida para um valor muito baixo e o carbono difunde-se para fora da amostra. O perfil de carbono é dado então por: 𝐶 = 𝐶0erf ( 𝑥 2(𝐷𝑡) ) (2.25) Outra situação surge se dois espécimes semi-infinitos de diferentes composições C1 e C2 são unidas e recozidas. Os perfis neste caso são mostrados na Fig.2.12b e a solução é relevante 𝐶 = ( 𝐶1− 𝐶2 2 ) − ( 𝐶1− 𝐶2 2 ) erf ( 𝑥 2(𝐷𝑡) ) (2.26) 2.3. Difusão Substitucional Difusão intersticiais em ligas diluídas são relativamente simples, porque a difusão dos átomos está sempre rodeada por sítios vagos, que se pode saltar sempre que há energia suficiente para superar a barreira de energia para a migração. Em difusão substitucional, no entanto, um átomo só pode saltar se não passar a ser um local vago em uma das posições do retículo adjacente, como mostrado na Fig.2.2. O simples caso de difusão de substituição é a auto-difusão de átomos em um metal puro. Este é passível de um modelo atómico simples, semelhante ao caso da difusão intersticial e será tratado em primeiro lugar. Difusão de substituição em ligas binárias é mais complexa e será tratada separadamente. 2.3.1. Auto-Difusão A taxa de auto-difusão pode ser medida experimentalmente através da introdução de alguns átomos radioativos A (A*) em que o A puro é medindo a taxa de penetração que ocorre em várias temperaturas. Desde A* a A átomos são Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com quimicamente idênticos e essas frequências de salto também são quase idênticas. Assim, o coeficiente de difusão pode ser relacionado com a frequência de salto pela Equação 2.3, que está 𝐷𝐴 ∗ = 𝐷𝐴 = 1 6 𝛼2Γ (2.27) onde Γ é a frequência de salto, dos átomos de A* e A. Estritamente falando, a equação 2.3 foi derivado na suposição de que cada salto atómico não está relacionado com o salto anterior. Esta é uma boa hipótese para intersticial difusão, mas é menos, válido para difusão de substituição. A diferença é que, depois de um átomo saltar para uma vaga no próximo salto não é igualmente provável em todas as direções, mas é mais provável que volte para a mesma vaga. Tais saltos não contribuem para o fluxo difusivo e, por conseguinte, Equação 2.27 deve ser substituído por, 𝐷𝐴 ∗ = 𝑓𝐷𝐴 = 𝑓 1 6 𝛼2Γ, onde f (conhecido como um fator de correlação) é menor que a unidade. No entanto, o efeito é pequeno e f é próxima da unidade. Considere o salto atômico mostrado na Fig. 2.2 um átomo irá para a próxima lacuna podendo dar um salto desde que tenha energia térmica suficiente para superar a barreira de energia de ativação para a migração, ΔG. Por conseguinte, a probabilidade de qualquer tentativa de saltos ser bem-sucedida é dada por 𝑧𝑋𝑉 exp (− ∆𝐺 𝑅𝑇 ) no caso da migração intersticial. No entanto, na maior parte do tempo os sítios adjacentes não serão vagos e o salto não será possível. A probabilidade de um sítio adjacente estar vago é dada por 𝑧𝑋𝑉, onde z é o número de vizinhos e, 𝑋𝑉 é a probabilidade de que qualquer único sítio está vazio que é apenas a fração molar de vagas no metal. Combinando todas estas probabilidades dá a probabilidade de um salto bem sucedido como 𝑧𝑋𝑉 exp (− ∆𝐺 𝑅𝑇 ). Uma vez que os átomos estão vibrando com uma frequência independente da temperatura υ o número de sucesso que qualquer salto fará em 1s é dada por: Γ = υ𝑧 𝑋𝑉 exp (− ∆𝐺𝑚 𝑅𝑇 ) (2.28) Mas, se as vagas no equilíbrio termodinâmico, 𝑋𝑉 = 𝑋𝑉 𝑒 é dado pela equação 1.57, ou seja, 𝑋𝑉 𝑒 = exp (− ∆𝐺𝑚 𝑅𝑇 ) (2.29) Combinando essas últimas equações temos: Substituindo temos Para metais Onde Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com E Equação 2.32 é a mesma que foi obtida por difusão intersticial, exceto que na Difusão Substitucional a energia para auto-difusão tem um prazo extra (ΔHv). Este é o porquê da autodifusão requerer a presença de vagas cuja concentração depende do ΔHv. Alguns dos dados experimentais sobre substituição em autodifusão estão no sumario da Tabela 2.2. Pode-se observar que para uma dada estrutura cristalina e tipo de vínculo 𝑄/𝑅𝑇𝑚, é mais ou menos constante: isto é. A entalpia de ativação para autodifusão, Q, é aproximadamente proporcional à temperatura de equilíbrio de fusão. 𝑇𝑚, Também, dentro de cada classe, a difusividade à temperatura de fusão, D (𝑇𝑚) e 𝐷0 são constantes aproximadamente. Por exemplo, para a maioria dos metais empacotados (CFC e HCP) Q / R𝑇𝑚 ≈ 18 e D(𝑇𝑚) 1 μm 2s-1(10-12m² s-1); Q / R𝑇𝑚 e D (𝑇𝑚) são plotados na Fig.2.13 juntamente com os dados de outros materiais para comparação. Uma consequência imediata destas correlações é que os coeficientes de difusão de todos os materiais com uma estrutura de cristalina e tipos de ligações será aproximadamente o mesmo na mesma fracção da sua temperatura de fusão, isto é, D(T/𝑇𝑚) = constante. (T/𝑇𝑚é conhecida como a temperatura homóloga.) As correlações foram avaliadas através da pressão atmosférica. No entanto, existem dados experimentais que sugerem as mesmas correlações seguram ser independentes da pressão, desde que, evidentemente o efeito da pressão no 𝑇𝑚, é tida em conta. Como o volume geralmente aumenta em fusão, elevar a pressão aumenta 𝑇𝑚 e, assim, reduz a difusividade a uma dada temperatura. Existe uma correlação aproximada entre Q e 𝑇𝑚 e não é surpreendente: o aumento da resistência de união interatômica tornando o processo de derretimento mais difícil, isto é, 𝑇𝑚 é levantada. Também torna mais difícil a difusão através do aumento da Δ𝐻𝑉 e Δ𝐻𝑚. ex: “Considere o efeito da temperatura sobre a auto-difusão em Cu como um exemplo. Às 800ºC(1.073 K) os dados da Tabela 2.2 dá DCu = 5 x 10 -9 mm² s-¹. A um salto de distância α em Cu é de 0,75 nm e, por conseguinte, a equação 2.3 dá ΓCu =5 x 10-5 saltos s-1. Após uma hora a esta temperatura, √𝐷𝑡 ≈ 04μm. Extrapolando os dados para 20ºC, no entanto, dá DCu ≈ 10-34 mm² s-¹, ou seja, ΓCu =5 x 10-20 saltos s-1. Alternativamente, cada átomo faria um salto a cada 1012 anos!” Experimentalmente o método usual para a determinação do coeficiente de autodifusão é para depositar uma quantidade conhecida (M) de um isótopo radioativo A* onde ele acaba de duas barras de um arco que, em seguida, unidas como mostrado na Fig. 2.14ª. Depois do recozimento e durante um tempo conhecido, a uma temperatura fixa, A * vai ter migrado para A e o perfil de concentração pode ser determinada por usinagem de camadas finas de distância da barra e medindo a radioatividade como uma função da posição. Uma vez que A e A* são quimicamente idênticas, a difusão de A* em A ocorrerá de acordo com a equação 2.18. A solução desta equação para a presente condições de contorno é Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com M para unidades [quantidade m-2] e C [quantidade m-3]. Fig2.14b mostra a forma desta equação montada pontos experimentais para a autodifusão em ouro. 2.3.2. Difusão por Vagas O salto de átomos em sítios vagos pode igualmente ser considerado como o salto de vagas em sítios atômicos. Se excesso de vagas são introduzidas na estrutura irão difundir a uma taxa que depende da frequência de salto. No entanto, a vaga está sempre rodeada de sítios para os quais pode saltar e, portanto, é análogo a um átomo intersticial (ver Secção 2.2.2). Por conseguinte, uma vaga pode ser considerada como tendo o seu próprio coeficiente de difusão dado pela Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com Por analogia com a Equação 2.8 Neste caso, Δ𝐻𝑚 e Δ𝑆𝑚, aplicam-se para a migração de uma vaga, e são, por conseguinte, o mesmo para a migração de um átomo de substituição. Comparando 2.37 e 2.31 pode-se ver que Isso mostra de fato que Dv são muitas ordens de magnitude maior do que DA a difusividade de átomos substitucionais. 2.3.3. Difusão Substitucional em Ligas Durante a autodifusão, todos os átomos são quimicamente idênticos. Assim, a probabilidade de encontrar uma vaga adjacente a qualquer átomo e a probabilidade de que o átomo fará um salto para a vaga é igual para todos os átomos. Isto leva a uma simples relação entre a frequência de salto e coeficiente de difusão. Em substituição nas ligas binárias, no entanto, a situação é mais complexa. Em geral, a taxa à qual o solvente (A) e átomos de soluto (B) pode mover-se em um local vago não são iguais e cada uma das espécies atómicas deve ser dado o seu próprio coeficiente de difusão intrínseca DA ou DB. O fato de que os átomos A e B ocupam os mesmos locais tem consequências importantes sobre a forma que a primeira e segunda leis de Fick assumem para as ligas de substituição. Será visto adiante que quando os átomos de A e B em taxas diferentes saltam a presença de gradientes de concentração e induz um movimento da estrutura através da qual os átomos de A e B são de difusão. DA e DB são definidos de tal forma que a primeira lei de Fick aplica-se a difusão relativa à estrutura, que é Onde JA e JB são os fluxos de átomos de A e B através de um dado plano da estrutura. Este ponto não precisava enfatizando, no caso de difusão intersticial, porque os planos de rede dos átomos parecidos não foram afetados pelo processo de difusão. Será visto, no entanto, que a situação é diferente no caso de difusão substitucional. A fim de obter a segunda lei de Fick, vamos considerar a interdifusão de átomos A e B em um par de difusão que é feito por meio da solda de blocos juntos de puro A e B como mostrado na Fig. 2.15. Caso o par é recozido a uma temperatura suficientemente elevada, um perfil de concentração irá desenvolver-se como mostrado. Se fizermos a simplificação suposição de que o número total de átomos por unidade de volume é uma constante, Co, independente da composição, teremos e Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com Assim numa dada posição os gradientes de concentração conduzindo a difusão de átomos de A e B são iguais, mas opostos, e os fluxos de A e B em relação à rede pode ser escrita como Estas regras são mostradas esquematicamente na Fig. 2 15 para o caso 𝐷𝐴 > 𝐷𝐵, isto é |𝐽𝐴| > |𝐽𝐵|. Quando os átomos migram pelo processo de vagas, eles saltam de um em um local vago podendo igualmente ser considerado como o salto da vaga no átomo, tal como ilustrado 'na Fig. 2.16. Em outras palavras, se houver um fluxo líquido de átomos numa direção, existe um fluxo igual de vagas no sentido oposto. Assim, na Fig. 2.15a existe um fluxo de vagas já devido à migração de um átomo A de um a mais vagas de fluxo -𝐽𝐵 devido à divisão de átomos B. Como 𝐽𝐴 > 𝐽𝐵 haverá um fluxo líquido de vagas Isto é indicado na notação vetorial na Fig. 2.15a. Em termos de 𝐷𝐴 e 𝐷𝐵. Portanto Isto conduz a uma variação em 1, entre os pares de difusão, conforme ilustrado na Fig. 2.15b. A fim de manter a concentração de vagas em todos os lugares perto, vagas de equilíbrio devem ser criadas no lado rico em B destruindo sobre o lado rico em A. A taxa em que são criados ou vagas destruídas em qualquer ponto é dado por 𝜕𝐶𝑉 𝜕𝑡 = − 𝜕𝐽𝑉 𝜕𝑥 (Equação 2.16) e esta varia entre os pares de difusão, como mostrado na Fig. 2.15c. Ele é o fluxo líquido de vagas através do meio de difusão que o casal dá origem ao movimento da estrutura. Borda irregular com deslocações pode proporcionar uma fonte conveniente para afundar ou vagas, como mostrado na Fig. 2.17. As vagas podem ser absorvidas por metade do plano extra de deslocamento da borda encolhida, enquanto o crescimento do plano pode ocorrer pela emissão de vagas. Se está ou um mecanismo semelhante é efetuado em cada lado do par de difusão, em seguida, o fluxo necessário de vagas pode ser gerado como Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com ilustrado na Fig. 2.18. Isto significa que os planos extras atômicos serão introduzidos no lado rico-B enquanto planos inteiros deátomos será 'comido' pelo lado rico-A. Consequentemente, os planos de rede no meio do par seriam deslocados para a esquerda. A velocidade com que qualquer dada estrutura plana se move, v, pode estar relacionada com o fluxo de vagas que a atravessam. Se o plano tem uma área A, durante um pequeno intervalo de tempo 𝛿t, o plano vai varrer um volume Av𝛿t contendo 𝐴𝑣. 𝐶𝑜. 𝛿t átomos. Este número de átomos é removido pelo número total de vagas que atravessam o plano, no mesmo intervalo de tempo, isto é, 𝐽𝑉 . 𝐴. 𝛿t, dando Assim, a velocidade dos planos da rede vai variar entre os pares da mesma maneira como J, ver fig. 2.15b. Substituindo a Equação 2.45 dá 𝑣 = (𝐷𝐴 − 𝐷𝐵) 𝜕𝑋𝐴 𝜕𝑥 (2.47) Onde a fração molar de A, XA = CA / Co. Na pratica, naturalmente, os movimentos internos dos planos de rede não são diretamente de interesse. Questões mais práticas dizem respeito a quanto tempo de homogeneização de uma liga leva, ou a rapidez com que a composição vai mudar em uma posição fixa em relação às extremidades de um espécime. Para responder a estas questões, podemos deduzir a segunda lei de Fick para ligas de substituição. Considere-se uma fatia fina de material de espessura em uma distância fixada x de uma extremidade para o par que é fora da zona de difusão, como mostrado na Fig. 2.19. Se o fluxo de átomos de A estão entrando nesta fatia através plano 1 é Ji e o abandono do fluxo total é JA + ( 𝜕𝐽𝐴 𝜕𝑥 )δx os mesmos argumentos que foram utilizados para derivar a Equação 2.16 pode ser utilizada para mostrar que O fluxo total de átomos de A através de um plano estacionário com relação ao espécime é a soma de duas contribuições: (a) um fluxo difusivo JA = -dm dC% A / dx Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com devido à difusão em relação à estrutura. e (ii) a um fluxo de 1,. C, 4, devido à velocidade da difusão de rede na qual está a ocorrer. Portanto: Combinando esta equação com a Equação 2.47 nós obtemos o equivalente a 1º Lei de Fick para um fluxo relativo às extremidades do espécime: Quando XA = CA / Co e XB = CB / Co são frações molares de A e B, respectivamente. Isso pode ser simplificado definindo o Coeficiente interdifusional D que é De modo que a Primeira Lei de Fick se torna Do mesmo modo Substituindo da Equação 2.52 com a Equação 2.48 dá Esta equação é a Segunda Lei de Fick para a difusão substitucional em ligas. A única diferença entre esta equação e a Equação 2.18 (por difusão intersticial) é que o coeficiente de interdifusão D para substituições em ligas depende de DA e DB, enquanto que em difusão intersticial somente DB é necessário. Equações 2.47 e 2.51 foram obtidas pela primeira vez por Darken e são geralmente conhecidas como as equações de Darken. Ao resolver Equação 2.53 com condições de contorno adequadas é possível para obter CA (x, t) e CB (x, t), isto é, a concentração de A e B em qualquer posição (x) depois de qualquer tempo de recozimento (t). As soluções que foram dadas na Seção 2.2.5 vai ser aplicável às ligas de substituição, desde que o intervalo de composições seja pequeno o suficiente para que qualquer efeito da composição em �̅� possa ser ignorado. Por exemplo, se �̅� é conhecido, a característica do tempo de relaxação para uma homogeneização de recozimento seria dado pela Equação 2.21 utilizando �̅� em lugar de DB, ou seja, 𝜏̅ = 𝑙2 𝜋2𝐷 (2.54) Se as diferenças de composições iniciais são tão grandes que as mudanças na �̅� torna-se importante então, soluções complexas para Equação 2.53 que deve ser utilizado. Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com Estes não serão tratados aqui, como só adicionam complexidades matemáticas, sem aumentar a nossa compreensão dos princípios básicos. Experimentalmente, é possível medir �̅� por determinação da variação de XA ou XB após o recozimento de um par de difusão para um dado tempo, tal como mostrado na Fig. 2.15a. Nos casos em que �̅� pode ser assumida como uma constante de comparação da Equação 2.26 e o perfil de concentração medida daria �̅�. Quando �̅� não é constante, há soluções gráficas para a Segunda Lei de Fick que permite �̅� ser determinado, em qualquer composição. A fim de determinar DA e DB separadamente, também é necessário medir a velocidade do retículo em um determinado ponto no par. Isto pode ser conseguido na prática, através da inserção de fios insolúveis na interface antes de soldar juntos os dois blocos. Estes fios permanecem com o efeito "fixo" para os planos da rede e a sua deslocação após um determinado tempo de tratamento térmico que pode ser usado para calcular v. Quando v e �̅� são conhecidos, equações 2.47 e 2.51 podem ser utilizadas para calcular DA e DB para a composição com os marcadores. O deslocamento de fios inertes durante a difusão foi observada pela primeira vez por Smigelskas e Kirkendall em 1947, e é geralmente conhecido como o efeito Kirkendall. Esta experiência de um bloco de α-bronze (Cu-30%wt Zn) foi feita com arames de molibdênio e encapsulado em um bloco de Cu puro. como mostrado na fig. 2.20. Depois de um recozimento a alta temperatura verificou-se que a separação dos marcadores (w) tinha decrescido. Isto porque DZn> DCu e os átomos de zinco difundem para fora do centro do bloco mais rapidamente do que são substituídos por átomos de cobre na difusão em direções opostas. Efeitos semelhantes têm sido demonstrados em muitos outros sistemas de ligas. Em geral verifica-se que em qualquer par dado, átomos com o ponto de fusão mais baixo possuem alto D. O valor exato de D, contudo, varia com a composição da liga. Assim, em ligas de Cu-Ni, DCu, DNi, e �̅� são todas composições dependentes, aumentando à medida que XCu aumenta. Fig. 2.21. Na Fig.2.17 foi assumido que os planos meio-extra de átomos que cresceram ou encolheram devido à adição ou perda de átomos eram paralelos à interface da soldagem original, de modo que não há restrições sobre a expansão ou contração resultante em locais da estrutura. Na prática, no entanto, estes planos podem ser orientados em várias direções e da rede também vai tentar expandir ou contrair paralelo à interface da soldagem. Tais mudanças de Carlos Realce O Efeito Kirkendall mostra que a interdifusão em ligas binárias (com um único coeficiente D) consiste de duas classes de movimento, a dos átomos de A e a dos átomos de B Carlos Realce Carlos Realce Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com volume são restringidas pelo circundante material com o resultado de que a compressão bidimensional de tensões se desenvolvem em regiões onde são criados, enquanto a tensões de tração surgem em regiões onde as vagas são destruídas. Estes campos de tensão podem até induzir uma deformação plástica resultante em microestruturas características de deformação a quente. As vagas que não são necessariamente todas aniquiladas em deslocamentos, mas também podem ser absorvidas pelas fronteiras internas e superfícies livres. No entanto, aquelas que não são absorvidas pelos deslocamentos aglomerados formam buracos ou vazios na rede. Nucleação vazia é difícil porque exige a criação de uma nova superfície e acredita-se que os vazios são heterogêneos nucleadas em partículas de impurezas. As tensões de tração que surgem em conjunto coma destruição de vagas também podem desempenhar um papel na nucleação de vazios. Quando vazios são formadas, as equações derivadas não podem ser utilizadas sem modificação. Em ligas concentradas os valores determinados experimentalmente de �̅�, DA e DB, também são encontrados para mostrar a mesma forma de dependência da temperatura como todas as outras difusidades, de modo que No entanto, os fatores que determinam, Do e Q e, nestes casos, são incertos e não existe um modelo atômico simples para soluções concentradas. A variação da composição de �̅� pode ser estimada em casos em que não foi medido, através da utilização de duas observações experimentais: 1. Para uma dada estrutura cristalina, �̅� no ponto de fusão é mais ou menos constante. Portanto, se a adição de B para A diminui o ponto de fusão, �̅� irá aumentar, à uma dada temperatura, e vice-versa. 2. Para um dado solvente e temperatura, tanto difusão intersticial e de substituição são mais rápidas em uma estrutura CCC do que uma estrutura de rede empacotada. Por exemplo, para o difusão de carbono em Fe em 910ºC, 𝐷𝐹𝑒 𝛼 𝐷𝐹𝑒 𝛾 ≈ 100. Em 850ºC, os coeficientes de autodifusão de Fe são tais que 𝐷𝐹𝑒 𝛼 𝐷𝐹𝑒 𝛾 ≈100. A razão para esta diferença reside no fato de a estrutura CCC é mais aberta e os processos de difusão exigem menos distorção nas redes. 2.3.4. Difusão Substitucional em Ligas Diluídas Outra situação especial surge com a difusão em ligas diluídas. Quando XB ≈ 0 e XA ≈ 1, Equação 2.51 se torna Isto é razoável, uma vez que significa que a taxa de homogeneização em ligas diluídas é controlada pela velocidade com os átomos de soluto (B) pode difundir. Com efeito, a única maneira de homogeneização pode ser conseguido através da migração dos átomos de B, nas regiões com depleção de soluto. DB para uma solução diluída de B em A é chamado o coeficiente de difusão de impureza. Esses dados são Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com mais facilmente disponíveis do que os dados de interdifusão em ligas concentradas. Uma maneira em que os coeficientes de difusão de impurezas podem ser medidos é usando marcadores radioativos. Encontra-se frequentemente que a DB em uma solução diluída de B em A é maior do que o da DA. A razão para isto é que os átomos de soluto podem atrair as vagas de modo que existe mais do que uma probabilidade aleatória de encontrar uma vaga ao lado de um átomo de soluto com o resultado de que se podem difundir mais rápido do que o solvente. Uma atração entre um átomo de soluto e uma vaga pode surgir se o átomo de soluto é maior do que os átomos de solvente ou se tem maior valência. Se a energia de ligação é muito grande, a vaga será incapaz de “escapar” a partir do átomo de soluto. Neste caso, o par vaga-soluto pode difundir através da rede em conjunto. 2.4. Mobilidade Atômica A Primeira Lei de Fick, é baseado na suposição de que a difusão eventualmente para, que é o equilíbrio atingido, quando a concentração é a mesma em todos os lugares. Estritamente falando, esta situação nunca é verdade na prática, porque os materiais reais sempre contêm defeitos de rede, tais como limites de grãos, limites de fase e deslocações. Alguns átomos podem diminuir as suas energias livres se migrarem para tais defeitos e no "equilíbrio" as suas concentrações são maiores na vizinhança do defeito do que na matriz. Difusão na vizinhança destes defeitos é afetada tanto pelo gradiente de concentração e o gradiente da energia de interação. A lei de Fick por si só é insuficiente para descrever como a concentração vai variar com a distância e tempo. Como um exemplo, considere o caso de um átomo de soluto que é demasiado grande ou demasiado pequeno em comparação com o espaço disponível na rede do solvente. O potencial de energia do átomo, então, será relativamente elevado devido à tensão na matriz circundante. No entanto, esta energia de deformação pode ser reduzida se o átomo está localizado numa posição em que melhor corresponda ao espaço disponível, por exemplo, perto de deslocações e em fronteiras, onde a matriz já está distorcida. Segregação de átomos de contornos de grão, interfaces e deslocações é de grande importância tecnológica. Por exemplo, a difusão de carbono ou de nitrogênio para deslocamentos em aço leve é responsável pelo envelhecimento e fragilidade. A separação de impurezas, tais como Sb, Sn, P e As para contornos de grãos em aços de baixa liga a têmpera produz fragilização. Segregação de contornos de grão afeta a mobilidade da fronteira e tem efeitos pronunciados sobre recristalização, textura e crescimento de grãos. Da mesma forma, o ritmo a quais ocorre a transição é sensível a segregação nos deslocamentos e interfaces. O problema do átomo migrar, pode ser resolvido considerando uma condição termodinâmica para o equilíbrio; a saber, que o potencial químico de um átomo deve ser o mesmo em todos os lugares. A difusão continua de fato até que esta condição é satisfeita. Por isso, parece razoável supor que, em geral, o fluxo de átomos, em qualquer ponto na rede é proporcional ao produto do potencial do gradiente químico. A Primeira Lei de Fick é apenas um caso especial de maneira geral da abordagem. Um modo alternativo para descrever um fluxo de átomos é de considerar um desvio do fluxo de velocidade (v) sobreposto ao movimento salto aleatório de cada átomo difundido. A velocidade de desvio é simplesmente relacionada com o fluxo difusivo através da equação Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com 𝐽𝐵 = 𝑣𝐵𝐶𝐵 (2.59) Desde sempre átomos de migrar de forma a eliminar as diferenças de potencial químico é razoável supor que a velocidade de arraste é proporcional à locais gradiente de potencial chemica1. isto é, 𝑣𝐵 = −𝑀𝐵 𝜕𝜇𝐵 𝜕𝑥 (2.60) Onde 𝑀𝐵 é uma constante de proporcionalidade conhecida como mobilidade atômica. Desde 𝜇𝐵 como unidade de energia a derivada de 𝜇𝐵 com respectiva para distâncias ( 𝜕𝜇𝐵 𝜕𝑥 ) é efetivamente a ‘força’ química que ocasiona o átomo a migrar. Combinando a Equação 2.59 e 2.60 temos 𝐽𝐵 = −𝑀𝐵𝐶𝐵 𝜕𝜇𝐵 𝜕𝑥 (2.61) Intuitivamente, parece que a mobilidade de um átomo e o seu coeficiente de difusão deve ser estreitamente relacionado. A relação pode ser obtida relacionando 𝜕𝜇 𝜕𝑥 e 𝜕𝐶 𝜕𝑥 para uma solução sólida. Utilizando a eq.1.70 e 𝐶𝐵 = 𝑋𝐵 𝑉𝑚 . A Equação 2.61 fica Comparando com a Primeira Lei de Fick temos a seguinte relação: Similarmente, Para soluções ideais ou diluídas (XB 0) γB é uma constante e o termo entre parênteses é a unidade, isto é, Para soluções concentradas não ideais, o termo em parênteses, o chamado fator termodinâmico, deve ser incluído. Tal como mostrado pela Equação 1.71 este fator é o mesmo para ambos A e B e está simplesmente relacionado com a curvatura da energia molar livre - curva de composição. Quando a difusão ocorre na presença de um gradiente de energia de deformação, por exemplo, para a expressão do potencial químico pode ser modificado para incluir o efeito de uma expressão de E a energia de deformação elástica a qual depende da posição (x) em relação à deslocação, digamos, Seguindo o procedimento acima, temos, Pode assim ver-se que, para além do efeito do gradiente de concentração, o fluxo difusivo é também afetado pelo gradiente da energia de deformação, 𝜕𝐸 𝜕𝑥 . Outros exemplos de difusão de átomos paraas regiões de alta concentração podem ser encontrados quando a difusão ocorre na presença de um campo eléctrico ou de um gradiente de temperatura. Estes são conhecidos como eletro-migração e termo-migração, Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com respectivamente. Casos encontradas nas transformações de fase pode ser encontrado onde os átomos migram através das fronteiras de fase, ou, como mencionado na introdução: quando a curva de energia livre tem uma curvatura negativa. Este último é conhecido como decomposição espinoidal. 2.5. Marcadores de Difusão em Ligas Binárias A utilização de marcadores radioativos, foram descritos em relação com a auto- difusão em metais puros. Isto é, no entanto, possível utilizar marcadores radioativos para determinar os coeficientes de difusão intrínsecas dos componentes de uma liga. O método é semelhante ao mostrado na Fig.2.14 exceto que uma pequena quantidade de um marcador radioativo adequado, por exemplo, B* é permitido difundir-se uma barra homogénea de solução A / B. O valor obtido de D a partir da equação 2.35 é o coeficiente marcador de difusão 𝐷𝐵 ∗ . Estas experiências foram realizadas em toda uma série de ligas de ouro-níquel em 900 ºC10. Nesta temperatura, ouro e níquel são completamente solúveis um no outro, Fig.2.22a. Os resultados são mostrados na Fig. 2.22c. Desde isótopos radioativos são quimicamente idênticos podem parecer à vista que os marcadores difusos (𝐷𝐴𝑢 ∗ e 𝐷𝑁𝑖 ∗ ) podem ser idênticas às difusividades intrínsecas (DAu e DNi) determinadas pelo movimento do marcador em um par de difusão. Seria conveniente que as difusividades intrínsecas sejam de mais prático valor, que é muito mais fácil determinar os traços de difusão. No entanto, ele pode ser demonstrado que esse não é o caso. 𝐷𝐴𝑢 ∗ dá a taxa na qual Au* (Ou Au) átomos de difundir em uma liga quimicamente homogênea, considerando DAu dá a taxa de difusão de Au quando um gradiente de concentração está presente. O diagrama de fase Ni-Au contém um hiato de miscibilidade a baixas temperaturas implicando que ΔHmix > 0 (o ouro e os átomos de níquel possuem 'aversão' um ao outro). Portanto, enquanto os saltos feitos por átomos de Au em uma liga homogênea quimicamente será igualmente provável em todas as direções, num gradiente concentração vai ser desviada para longe das regiões rica em Ni. A taxa de homogeneização irá, por conseguinte, ser mais lento do que no segundo caso, isto é, DAu < 𝐷𝐴𝑢 ∗ e DNi < 𝐷𝑁𝑖 ∗ . Por outro lado, desde que o gradiente de potencial químico é a força motriz para a difusão em ambos os tipos de experimentos, é razoável supor que as mobilidades atómicas não são afetadas pelo gradiente de concentração. Se é verdade tais as difusividades químicas intrínsecas e marcadores de difusividades pode ser relatada como se segue. No experimento de marcadores de difusão forma essencialmente uma solução diluída na liga. Portanto, a partir da Equação 2.66 A segunda igualdade foi obtida assumindo Mi no experimento tracer iguala MB no caso difusão química. Substituição em Equações 2.64 e 2.51, portanto, leva às seguintes relações Onde F é o fator termodinâmico, isto é, Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com A última igualdade a partir da Equação 1.71. No caso do sistema de Au-Ni, experiências de difusão dos pares também foram realizadas de modo a que os dados estejam disponíveis para o coeficiente de interdifusão 6, a linha cheia na Fig. 2.22d. Além disso, também é adicionado dados termodinâmicos suficiente neste sistema para o fator F termodinâmico a serem avaliadas, Fig. 2.22b. Por conseguinte, é possível verificar a hipótese de que conduz ao segundo igualdade na Equação 2,69 combinando os dados na Fig.2.2b e c usando a Equação 2.71. Isto produz a linha a cheio na fig. 2.22d. O acordo é dentro do erro experimental. Antes de deixar a Fig.2.22 é interessante notar como os coeficientes de difusão são fortemente dependentes da composição. Há uma diferença de cerca de três ordens de grandeza entre a gama de composições. Isto pode ser explicado pela mais baixa temperatura de fusão das composições ricas em Au. Também de acordo com as regras de ouro dadas anteriormente, Au, com a temperatura de fusão mais baixo, difunde-se mais rapidamente o Ni em todas as composições. 2.6. Difusão em Ligas Ternárias A adição de uma terceira espécie difusora para uma solução sólida produz complexidades matemáticas que não serão consideradas aqui. Em vez disso, vamos considerar um exemplo ilustrativo de uma parte do outro lado que pode surgir. Ligas de Fe-Si-C são particularmente instrutivas, por duas razões, primeiramente, silício aumenta o potencial químico (ou atividade) de carbono em solução, ou seja, carbono não difunde apenas de regiões de alta concentração de carbono, mas também a partir de regiões ricas em silício, em segundo lugar, as mobilidades de carbono e silício são amplamente diferentes. De carbono, sendo um soluto intersticial, é capaz de se difundir muito mais rapidamente do que o silício substitui dissolvido. Considere duas peças de aço, um contém 3,8% de silício e 0,48% de carbono e outro de carbono 0,44%, mas não de silício. Se duas peças são soldados uma à outra e austenitizadas a 1050ºC, a concentração do perfil de carbono mostrado na fig. 2.23b é produzido. As concentrações Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com iniciais de silício e de carbono em que o par são mostrados na Fig. 2.23a e o produto do potencial químico do carbono resultante pela linha tracejada na Fig. 2.23c. Por conseguinte, átomos de carbono no lado rico em silício irão para o lado livre do silício até a diferença de concentração na interface seja suficiente para igualar a atividade, ou o potencial químico, de carbono em ambos os lados. Os átomos de carbono na interface são, portanto no equilíbrio local e as composições interfaciais permanece constante, desde que a átomos de silício da não migrem. Dentro de cada metade do par a concentração de silício é inicialmente uniforme e os átomos de carbono difundem-se nos gradientes de concentração, como mostrado na Fig. 2.23b. O potencial químico resultante varia suavemente o conjunto do espécime Fig. 2.23c. Se o comprimento total do par de difusão é suficientemente pequeno da difusão de carbono abaixo em cada um dos blocos irão eventualmente igualar a composição interfacial e potencial químico de carbono será o mesmo em todos os lugares. A liga está agora em um estado de equilíbrio parcial. É apenas parcial porque potencial químico do silício não é uniforme. Dado o tempo suficiente átomos de silício também irá difundir ao longo de distâncias significativas e os átomos de carbono são continuamente redistribuir-se a manter um potencial químico constante. No estado de equilíbrio final, a concentração de carbono e silício são uniformes. A mudança de composição de dois pontos em lados opostos da soldagem pode ser ilustrada no diagrama ternário da fig.2.24. A redistribuição de carbono no sistema Fe-Si-C é particularmente interessante uma vez que as mobilidades de carbono e silício são tão diferentes. Similares, embora menos marcantes os efeitos podem surgir em sistemas ternários, onde todos os três componentes difundem-se substitucionalmentese suas difusividades (ou mobilidades) são desiguais. 2.7. Caminhos de Alta Difusão Na Seção 2.4 a difusão de átomos de direção ia para longe de deslocações, interfaces, contorno de grão e superfícies livres foi considerada. Nesta seção a difusão ao longo destes defeitos serão discutidas. Todos estes defeitos estão associados com uma estrutura mais aberta e tem sido mostrado experimentalmente que a frequência de salto para os átomos que migram ao longo destes defeitos é maior do que para a difusão na rede. Irá tornar-se aparente que, sob certas circunstâncias difusão ao longo desses defeitos pode ser o caminho de difusão dominante. 2.7.1. Difusão ao longo do Contorno de Grão e Superfícies Livres Encontra-se experimentalmente que a difusão ao longo das fronteiras de grão e superfícies livres pode ser descrito pela Ou Onde Db e Ds são os contornos de grão e difusividades da superfície e Dbo e Dso são os fatores de frequência. Qb e Qs, são os valores determinados experimentalmente das Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com energias de ativação para difusão. Em geral, em qualquer temperatura, as grandezas de Db e Ds, em relação à difusividade através da estrutura sem defeitos Dt são tais que Isso reflete, principalmente, a relativa facilidade com que os átomos podem migrar ao longo de superfícies livres, fronteiras interiores e pelas grades. A Difusão de superfície pode desempenhar um importante papel em muitos fenômenos metalúrgicos, mas num espécime metálico a área total do contorno de grão é muito maior do que a área da superfície de modo a que a difusão do contorno de grão é usualmente mais importante. O efeito da difusão no contorno de grão pode ser ilustrado considerando um par de difusão feito por soldagem em conjunto dois rnetais, A e B, como é mostrado na Fig.2.25. Os átomos difundem ao longo do contorno e será capaz de penetrar muito mais profundo do que os átomos que apenas se difundem através da grade. Além disso, como a concentração de soluto acumula-se nos contornos dos átomos também irá difundir a partir do contorno para a rede. O processo pode ser comparado com a condução de calor através de um plástico, em que uma rede contínua de chapas de alumínio é incorporada. A temperatura em qualquer ponto de uma amostra seria análoga ao da concentração de soluto na difusão da dupla. Pontos do reticulado perto do contorno de grão pode receber soluto através do caminho de alta condutividade muito mais rapidamente do que se os limites estavam ausentes. Difusão rápida ao longo dos contornos de grão aumenta a concentração média de uma fatia tal como dx na Fig.2.25 e assim produz um aumento aparente na difusividade do material como um todo. Considere agora sob quais condições a difusão no contorno de grão é importante. Simplesmente, tomemos um exemplo de difusão em estado estacionário por meio de uma folha de material em que os contornos de grão são perpendiculares à folha como mostrado na Fig. 2.26. Partindo do princípio de que os gradientes de concentração na estrutura e ao longo da fronteira são idênticos. os fluxos de soluto através da estrutura Jt e ao longo do limite Jb será dado por No entanto, a contribuição da difusão no contorno de grão para o fluxo total através da folha irá depender das áreas da secção transversal relativas através da qual o soluto é conduzida. Se o limite de grão tem uma espessura efetiva S e o tamanho do grão é d o fluxo total será dada por Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com Assim, o coeficiente de difusão aparente no presente caso, Pode ser visto que a importância relativa de estrutura dos limites de grão e de difusão depende da relação Dbδ / Dtd. Quando Dbδ >> Dtd a difusão através da grade pode ser ignorada em comparação com a difusão dos contornos de grão. Assim difusão no contorno de grão faz uma contribuição significativa para o fluxo total quando A largura efetiva de um limite de ganho é de ≈0,5 nm. Tamanhos de grão no outro lado pode variar entre ≈1 a 1000 μrn e a eficácia dos limites dos grãos pode variar em conformidade. As magnitudes relativas de Dbδ e Dtd são mais sensíveis à temperatura. Isto é ilustrado na Fig.2.27 que mostra o efeito da temperatura sobre ambos Db e Dt. Note que, embora Db > Dt em todas as temperaturas, a diferença aumenta à medida que a temperatura diminui. Isto acontece porque a energia de ativação por difusão ao longo dos contornos de grão (Qb) é inferior àquela para a estrutura de difusão (Qt). Por exemplo, em metais CFC é geralmente encontrado que Qb ≈0.5 Qt. Isto significa que, quando a difusividade do contorno de grão é escalada pelo fator de δ/d (Equação 2.78) a contribuição do contorno de grão ao total, ou o coeficiente de difusão aparente é insignificante em comparação com a estrutura de difusividade em altas temperaturas, mas dominando em baixas temperaturas. Em geral, verifica-se que a difusão no contorno de grão torna-se importante quando 0,75 ≈ 0,8 Tm, quando Tm é a temperatura de equilíbrio de fusão em graus Kelvin. A taxa à qual os átomos difundem ao longo de diferentes contornos não é o mesmo, mas depende da estrutura atómica do contorno individual. Isto por sua vez depende da orientação dos cristais adjacentes e o plano do contorno. Além disso, o coeficiente de difusão pode variar com direção dentro de um dado plano do contorno. As razões para estas diferenças se tornarão evidentes no Capítulo 3. 2.7.2. Difusão em Deslocações Se o limite de grãos de difusão é comparado com a condução de calor através de um 'material feito de folhas de alumínio em uma matriz de plástico, a analogia de difusão ao longo luxações seria fios de alumínio, numa matriz de plástico. Os deslocamentos efetivamente atuar como tubos ao longo do qual os átomos podem se propagar com um coeficiente de difusão Dp. A contribuição dos deslocamentos ao fluxo difusivo total através de uma vontade de metal dependerá, evidentemente, as áreas da secção transversal relativas de tubo e matriz. Usando o modelo simples ilustrado na fig.2.28 pode ser facilmente mostrado que a difusividade aparente através de um único cristal contém deslocamentos, Dapp, está relacionada com o coeficiente de difusão da rede por Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com onde g é a área da secção transversal do ‘tubo’ por unidade de área da matriz. Em um material bem recozido, existem cerca de 105 deslocações mm-2. Partindo do princípio de que a secção transversal de um único tubo acomoda cerca de 10 átomos enquanto que a matriz contém cerca de 1013 átomos a mm-2, faz g = l0-7. Em altas temperaturas a difusão através da rede é rápida e gDp / Dt é muito pequeno assim a contribuição do deslocamento para o fluxo total de átomos é desprezível. No entanto, uma vez que a energia de ativação para a difusão em tubo é menor do que difusão da rede, Dt diminui muito mais rapidamente do que Dp com a diminuição da temperatura, e em baixas temperaturas gDp /Dt pode ser tão grande que a difusividade aparente é inteiramente devido à difusão junto deslocamentos. 2.8. Difusão em múltiplas fases do Sistema Binário Até agora, apenas difusão em sistemas de fase única foi considerado. Na maioria dos casos práticos, no entanto, a difusão ocorre na presença de maisde uma fase. Por exemplo, a difusão está envolvida em transformações de solidificação e transformações de difusão em sólidos (capítulos 4 e 5). Outro exemplo de difusão multifásica surge quando os pares de difusão são feitas por soldagem em conjunto de dois metais que não são completamente miscíveis um no outro. Esta situação surge na prática com o ferro galvanizado e a chapa de zinco quente mergulhado, por exemplo. A fim de entender o que acontece nesses casos, considera-se o diagrama de fases hipotético na Fig.2.29a. Um par de difusão feita por soldagem, juntando um A puro e um B puro, irá resultar em uma estrutura em camadas que contém α, β e γ. O recozimento a uma temperatura T1 irá produzir um perfil de distribuição e composição da fase, como mostrado na Fig.29b. Normalmente XB varia conforme mostrado a partir de 0 para a numa fase α, de b para c na fase β e de d para 1 na fase γ. Onde a, b, c e d são os limites de solubilidade das fases em T1. As composições a e b são vistas como as composições em equilíbrio das fases α e β no campo α + β do diagrama de fases. As fases α e β são, por conseguinte, em um local de equilíbrio através da interface β / γ. Um Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com esboço do diagrama de composição de energia livre para este sistema em T1 vai mostrar que o potencial químico (ou atividades) de A e B irá variar continuamente em toda o par da difusão. Figura 2.29 mostra como a atividade de B varia entre o casal (veja problema 2.8). É evidente que a condição de equilíbrio 𝑎𝐵 𝛼 = 𝑎𝐵 𝛽 e está satisfeito na interface α / β (ponto p na Fig.2.29c). Considerações semelhantes aplicam-se para A e para a interface β / γ. As interfaces α/β e β/γ são não estacionárias, mas mover-se progressivamente como difusão. Por exemplo, se a composição global da difusão se situa entre b e c do estado de equilíbrio final será num único bloco de β. Uma solução completa das equações de difusão para este tipo de difusão dupla é complexa. No entanto, uma expressão para a taxa em que os limites se movem, pode ser obtido como se segue: Considere a interface planar α/β como mostrado na Fig.2.30. Se a área unitária da interface se move de uma distância dx um volume (dx . l) serão convertidas a partir de α contendo 𝐶𝐵 𝑎𝐵-átomos m-3 para β contendo 𝐶𝐵 𝑏B-átomos m-3. Isto significa que um total de (𝐶𝐵 𝑏 − 𝐶𝐵 𝑎)𝑑𝑥 Átomos de B são acumulados na interface α/β (a área sombreada na Fig.2.30). Há um fluxo de B em direção a interface da fase β equivalente −𝐷(𝛽)𝜕𝐶𝐵 𝑏/𝜕𝑥 e um fluxo similar da interface α equivalente a −𝐷(𝛼)𝜕𝐶𝐵 𝑎/𝜕𝑥, no tempo dt, portanto, teremos uma acumulação de átomos de B dado por Equiparando as expressões dadas pela velocidade instantânea com a interface α/β é No tratamento acima, foi assumido que a interface α/β se move tão rápido o quanto permitido pelos fluxos difusivos em duas fases adjacentes. Isto é bastante correto quando duas fases estão no local em equilíbrio, e geralmente é verdadeiro em experimentos de um par de difusão. No entanto, isso não é verdade para todos os movimentos de interfaces em interfase. Ao assumir o equilíbrio local na interface, também tem sido assumido que os átomos podem ser transferidos através da interface tão facilmente como se pode difundir através da matriz. Nessas circunstâncias, μB e aB, são contínuas através da interface. No entanto, em geral, isso não precisa ser verdade. Se, por alguma razão, a interface tem uma baixa mobilidade, a diferença de concentração entre o limite (𝐶𝐵 𝑏 − 𝐶𝐵 𝑎) irá aumentar, criando desse modo uma descontinuidade do potencial químico entre o limite. O problema de se avaliar a velocidade limite, neste caso, é mais complexo. Não só deve o fluxo de átomos para a interface, equilibrar a taxa de acumulação devido a migração no contorno e a taxa de difusão para dentro da outra fase, mas também deve equilibrar com a taxa de transferência através da interface. Em casos extremos, a reação interface, como às vezes é chamado, pode ser tão lento que praticamente não há gradientes de concentração nas duas fases. Nestas circunstâncias, a migração de interface está a ser Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC Campus Universitário do Pici - Bloco729 - Fortaleza-CE.- E-mail: caengmetufc@gmail.com dita em uso controlado. O tema da migração de interface é tratada mais adiante na seção 3.5.