Soluções Sólidas e Difusão Atômica

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Pesquisa de TTSM
Soluções Sólidas
Intersticial e Substitucional
O fenômeno da Difusão Atômica
Prof.: Tatsu
Rodrigo Martins
Projetos - Manha
052280-5
2° sem 2007
Soluções Sólidas
	As soluções sólidas se formam mais facilmente quando o átomo de solvente e soluto tem tamanhos próximos e estruturas eletrônicas compatíveis. Por exemplo, os metais individuais de latão – Cobre e Zinco – Têm raios atômicos de, respectivamente, 0.1278nm e 0.139nm. Ambos possuem 28 elétrons subvalentes e cada um deles forma estruturas cristalinas próprias com um numero de coordenação 12. Assim sendo, quando o zinco e adicionado ao cobre , ele substitui esse numero com facilidade dentro da estrutura CFC, ate um maximo de 40% (aproximadamente ) dos átomos de Cu que tenham sido deslocados. Nesta solução sólida de cobre e zinco, a distribuição deste ultimo e inteiramente aleatória (figura 4-2.1).
Soluções Sólidas Substitucionais
	A solução sólida descrita acima e denominada solução sólida substitucional porque os átomos de zinco substituem o átomo de cobre na estrutura cristalina. Este tipo de solução sólida e comum de se encontrar em vários sistemas metálicos. A solução de cobre e níquel para formar a liga cobre-niquel e um outro exemplo. Qualquer fração dos átomos da estrutura original de cobre pode ser substituída por níquel. Soluções sólidas de cobre-niquel pode varias de 0% Cu 100% Ni a 100%-Cu , 0%-Ni. Todas as ligas cobre-níquel são CFC. 
	Por outro lado, há um limite definido para a quantidade de estanho que pode substituir cobre na forma bronze. Mantendo a estrutura CFC do cobre. O estanho em excesso, aquele que ultrapassa a quantidade máxima de solução sólida, deve formar uma outra face.
	Se a intenção for a de ter uma solução sólida substitucional extensa, os átomos devem possuir, aproximadamente, o mesmo tamanho. O níquel e o cobre conseguem aquela complexa faixa de solução já citada, porque suas estruturas individuais são ambas de CFC e seus raios atômicos são respectivamente, 0.1246 e 0.1278nm. Se a diferença de tamanho aumenta, menos substituição pode ocorrer. Somente 20% dos átomos de Cu podem ser substituído por alumínio, já que este ultimo em um raio de 0.1431nm. Se a diferença entre raios e de 15% raramente ocorre soluções substitucionais extensa. Há restrição na solubilidade, também, quando os dois componentes possuem estruturas cristalinas ou valências diferentes.
	O numero de átomos substituídos e um fator mais limitante que o peso desses mesmos átomos. Contudo os engenheiros normalmente expressão as composições em percentuais em peso. E portanto necessário saber como converter percentuais em peso para percentuais atômicos e vice-versa.
Soluções Sólidas Intersticiais
	Em um outro tipo de solução sólida, ilustrado na figura 4-2.3 um pequeno átomo pode ser localizado nos interstícios entre átomos maiores. Carbono no Ferro e um exemplo. A temperatura abaixo de 912 C o ferro puro tem uma estrutura CCC. Acima de 912C há uma faixa de temperatura na qual o ferro assume uma estrutura de CFC. No reticulado dessa ultima, existe no centro da célula unitária um interstício ( um buraco ), relativamente grande. O átomo de carbono, sendo extremamente pequeno, pode mover-se para o interior para o interior desse vazio produzindo uma solução sólida de ferro carbono. As baixas temperaturas onde o ferro tem estrutura CCC, Os interstícios entre os átomos são muitos menores. Consequentemente, a solubilidade de carbono em ferro CCC e muito limitada.
Difusão Atômica
Durante o aumento de temperatura, enquanto os átomos agitam mais energicamente, uma pequena porção deles de deslocara no reticulado. O exemplo 4-6.2 relacionou essa fração com a temperatura. Certamente a fração não depende somente da temperatura, mas também de grãos juntos os átomos ligados em suas posições. A energia necessária para um átomo mudar de posição e denominada energia de ativação. Essa energia pode ser expressa por mol,Q; ou J/átomo, E , ou em V/átomo.
	Vamos usar a figura 4-7-1 para ilustrar a energia de ativação de forma esquemática. Um átomo de carbono e pequeno ( r= 0.07nm) e pode se posicionar intersticialmente entre certo numero de átomos de Fe de CFC. Se dispuser de suficiente e energia, ele pode exercer determinada pressão entre os átomos de Fe visando chegar ao próximo interstício quando vibrar na direção deste. A 20C e pequena a possibilidade de ele tenha tão suficiente energia. A alta temperatura a probabilidade aumenta.
 	Outros mecanismos de difusão são esquematizados na figura 4-7.2. Quando todos os átomos são de mesmo tamanho, ou próximo disto, o mecanismo de lacunas torna-se predominante. As lacunas podem estar presentes, tanto como parte de um defeito de estrutura quanto por causa da agitação térmica.