Difusão.

Apresentação em tema: "Difusão."— Transcrição da apresentação:

1 Difusão

2 Difusão em Sólidos O Conceito de Difusão
Transporte de matéria na própria matéria, através da movimentação atômica

3 Taxa de vibração dos átomos
À 950° C saltos/segundo À 250° C salto/segundo À 25° C saltos/segundo * Carbono na Austenita

4 Mecanismos da Difusão Baseados no tamanho do sítio ocupado pelo átomo na estrutura cristalina. Difusão Substitucional ou por Lacunas Difusão Intersticial

5 Difusão Intersticial Fonte: Callister

6 Difusão Substitucional (Lacunar)
Fonte: Callister

7 Potencial Químico (A FORÇA MOTRIZ)
Onde: µi= Potencial químico; G= Energia livre de Gibbs; n= Número de átomos; P= Pressão; T= Temperatura.

8 Força que empurra os átomos

9 DIFUSÃO EM ESTADO ESTACINÁRIO
Na forma diferencial Onde: J = Fluxo de difusão; M= massa; A = área através a difusão ocorre; t = tempo de difusão decorrido.

10 GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO

11 1ª Lei de Fick

12 COEFICIENTE DE DIFUSÃO

13 Fatores Que Influenciam na difusão
Temperatura Composição Química Interfaces Estrutura Cristalina da Difusão

14 Efeito da Temperatura Ativação Térmica

15 EQUAÇÃO DA CONTINUIDADE

16

17 Quando D independe da composição
2ª Lei de Fick Quando D independe da composição

18 Distância Líquida Percorrida
Para que 1 átomo percorra 1mm na austenita à 950°C, ele terá que se deslocar 6,5 km. O tempo gasto é proporcional à √D, onde D é o coeficiente de difusão do átomo no material.

19 Distâncias de Difusão

20 Difusão de um gás por uma placa metálica
Fonte : Callister

21 Difusão em estado não-estacionário em diferentes instantes de tempo
t3 > t2 > t 1 Concentração das espécies difusíveis t3 t2 t1 Distância Fonte: Callister

22 FUNÇÃO ERRO

23 Função erro

24 Tabela de valores da função erro erf(z)
Fonte: Callister

25 Uma Tabulação de Dados de Difusão
Espécie Difusível Metal Hospedeiro Energia de ativação Qd Valores calculados D0(m²/s) kJ/mol eV/átomo T(°C ) D(m²/s) Fonte: E.A. Brandes e G.B. Brook ( Smithells Metals Reference Book)

26 Difusão em estado não estacionário
Cs Concentração, C Cs - C0 CCx Cx - C0 C0 Distância de interface, x Fonte: Callister

27 Coeficiente de difusão (m²/s)
Temperatura (°C) C em Fe α C em ferro γ Zn em Cu Fe em Fe γ Al em Al Coeficiente de difusão (m²/s) Cu em Cu Fe em Fe α Inverso da temperatura (1000/k) Fonte: E.A. Brandes e G.B. Brook ( Smithells Metals Reference Book)

28 Difusão do Ouro no Cobre
Coeficiente de difusão (m²/s) Inverso da temperatura (1000/k) Fonte: Callister

29 Direção da difusão dos átomos de carbono
Difusão Inversa Aço com 1% de carbono Aço rico em enxofre Direção da difusão dos átomos de carbono

30 Por que isso acontece? Porque o potencial químico do carbono na liga rica em enxofre é maior que aquele na liga que não contém enxofre.

31 Gradiente de concentrações diminui Gradiente de concentrações aumenta

32 A difusão ocorre da região de menor concentração de carbono para aquela de maior concentração de carbono, o que corresponde à região de maior potencial químico para aquela de menor potencial químico.

33 Conclusão A força motriz para a difusão é o gradiente (variação) do potencial químico e não o gradiente de concentração

34 Importância na Engenharia
A difusão está presente em muitas transformações de fases, alterando microestruturas, dando propriedades importantes aos materiais de acordo com seu uso na engenharia

35 Aplicações do Fenômeno de Difusão
Louças e ladrilhos cerâmicos Tijolos Refratários para Siderurgia Sinterização: Tratamento térmico em que um pó compactado é aquecido a temperaturas menores que a de fusão, e as partículas se unem e se aproximam, formando um corpo densificado Força Motriz: Redução da área (energia) superficial Aplicações: Metalurgia do pó, todos os produtos cerâmicos, com a exceção do vidro.

36 Micrografia de camada Carbonitretada
Aplicações do Fenômeno de Difusão Micrografias de camadas Nitretadas Micrografia de camada Carbonitretada Tratamentos termoquímicos: Tratamentos térmicos que visam alterar a superfície do material pela difusão de um elemento em uma camada superficial. Objetivos: Maior dureza superficial, menor coeficiente de atrito, maior vida em fadiga, melhor resistência a oxidação, barreira de difusão para hidrogênio; Processos: Carburetação (Cementação), Nitretação, Carbonitretação, Boretação, etc. Nitretação a Plasma Engrenagens Carbonitretadas Corte de uma peça Cementada

37 Aplicações do Fenômeno de Difusão
Tratamentos térmicos dos metais: Etapas fundamentais no processamento de muitos materiais de engenharia, para garantir as propriedades mecânicas desejadas.Os tratamentos dependem diretamente e são calculados a partir da difusão. Exemplos: Aços: Revenimento, Solubilização, Recozimento, Esferoidização, etc. Alumínio: Solubilização e Envelhecimento (Endurecimento por precipitação) Equipamentos de alpinismo, fuselagem e rebites de avião: Alumínio endurecido por precipitação Vigas em I e estrutura de treliça em aço

38 Aplicações do Fenômeno de Difusão
Membranas de separação de gases: folhas de metais ou outros materiais que apresentam difusão preferencial de um certo gás, sendo usadas para separação do mesmo. Soldagem por difusão: Promove a união de duas ou mais chapas por deformação, que gera calor e promove a difusão entre as superfícies recém-deformadas dos metais.