En este objeto de aprendizaje se estudian los mecanismos de difusión, los cuales representan el movimiento de átomos en una estructura cristalina.
Consideraciones y criterios para la selección de un material
Mecanismos de difusión
La difusión es el fenómeno mediante el cual algunos átomos cambian de posición, ya sea a una vacante o a una posición intersticial. Cuando los átomos son del mismo tipo, se produce la autodifusión y no se altera su composición química; caso contrario a la interdifusión, en la cual los átomos son de distinto tipo, por ejemplo, si tenemos dos elementos cuyas estructuras sólidas están en contacto y los calentamos a una temperatura que no llegue a la temperatura de fusión, los átomos de uno y otro elemento se mezclan en la superficie de contacto, y a una mayor distancia de dicha superficie los átomos permanecen sin alteración. Cuando la temperatura del metal aumenta hay más vacantes, por lo que a mayores temperaturas, el grado de difusión aumenta.
Se tienen dos tipos de autodifusión: por vacantes e intersticial. En ambos casos es condición que la vacante o la posición intersticial ya existan antes de la difusión. En la autodifusión por vacantes, un átomo en una posición normal o intersticial viaja y se ubica en una vacante del material. En la autodifusión intersticial, el átomo intersticial vieja a una posición vacante, mientras un segundo átomo ocupa su posición proveniente de cualquier tipo de posición.
En los metales, el fenómeno de autodifusión puede ocurrir por cambios de temperatura o cuando el material es sometido a grandes vibraciones. El intercambio de átomos produce un flujo que puede ser estimado como una relación entre la cantidad de átomos (masa M) y el tiempo como:
donde A representa el área en la que ocurre el fenómeno. Si el flujo no varía con el tiempo, se dice que el fenómeno de difusión se encuentra en estado estacionario y se puede expresar de forma matemática con la primera ley de Fick:
donde C representa la función de la concentración, y la constante D, llamada constante de difusión (m²/s), es una propiedad del material. Observa que la dirección de la difusión es inversa a la dirección de la concentración. Cuando la difusión ocurre en un estado no estacionario, es decir, cuando la concentración y el flujo de difusión en el sólido varían con el tiempo, se hace uso de la siguiente ecuación, llamada segunda ley de Fick.
