INGENIERIA
DE
MATERIALES
Ing. Alejandra Garza Vázquez
¿Porqué podemos
percibir el olor de
las cosas?
¿Porqué se disuelve
una cucharada de
azúcar dentro de la
taza de café?
¿Porqué el humo de
los cigarros se
esparce dentro de
una habitación?
DIFUSION
¿Qué es Difusión?
Es el movimiento de los átomos en un
material.
Los materiales no homogéneos pueden llegar a ser
homogéneos mediante la difusión.
video de
Difusión
Mecanismos de
Difusión
1.- Difusión por Vacantes
Un átomo abandona su posición en la red
para ocupar alguna vacante próxima y
dejando una nueva.
La dirección general del flujo de los átomos es
opuesto a la dirección del flujo de vacantes.
2.- Difusión Intersticial
Los átomos intersticiales se difunden a
otros puntos intersticiales.
Este proceso de difusión es más rápido y fácil pues
los intersticios existen siempre y no se necesita una
energía adicional para su creación.
3.- Heterodifusión
Distintos átomos intercambian sus
posiciones en la red.
Par Difusor Cobre-Níquel:
 Se aplica tratamiento térmico a
elevada temperatura.
 Difusión de los átomos del Cu en
el Ni.
 Al final, los átomos del Cu están
uniformemente distribuidos en
todo el Ni.
Cuproníquel
El cuproníquel es una aleación de cobre al 70%, níquel al
30% y una pequeña cantidad de impurezas que le hacen
más resistente, tales como el hierro y el manganeso. El
cuproníquel presenta una buena resistencia a la
corrosión; por ejemplo, no se corroe con el agua del mar,
razón por la que se usa mucho en equipamiento marino
(hélices, ejes, cascos, etc).
Esta aleación se ha usado muy extensamente para la
acuñación (troquel) de monedas de curso legal, de
bajo valor y uso corriente.
El cuproníquel también se usa mucho en la fabricación de
condensadores y aparatos de destilación.
Monedas de Fabricación Actual
Composición
Aleación de acero inoxidable integrada como
sigue:
•entre 16% y 18% (dieciséis y dieciocho por
ciento), de cromo;
•0.75% (setenta y cinco centésimos de punto
porcentual) de níquel, máximo;
•0.12% (doce centésimos de punto porcentual) de
carbono, máximo;
•1% (uno por ciento) de silicio, máximo;
•1% (uno por ciento) de manganeso, máximo;
•0.03% (tres centésimos de punto porcentual) de
azufre, máximo;
•0.04% (cuatro centésimos de punto porcentual)
de fósforo, máximo; y
•lo restante de hierro.
Monedas de Fabricación Actual
Composición
Aleación de bronce-aluminio
integrada como sigue:
•92% (noventa y dos por ciento)
de cobre;
•6% (seis por ciento) de aluminio;
y
•2% (dos por ciento) de níquel.
Monedas de Fabricación Actual
Composición
Moneda bimetálica constituida por dos aleaciones, una para su parte central y
otra para su anillo perimétrico, como sigue:
Parte central de la moneda.
Aleación de bronce-aluminio.
Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.
En esta composición el peso es de 1.81 gramos.
Anillo perimétrico de la moneda.
Aleación de acero inoxidable.
Como la que se refiere en la composición de la moneda de cinco centavos.
En esta composición el peso es de 2.14 gramos.
Parte central de la moneda.
Aleación de bronce-aluminio.
Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.
En esta composición el peso es de 2.38 gramos.
Anillo perimétrico de la moneda.
Aleación de acero inoxidable.
Como la que se refiere en la moneda de cinco centavos.
En esta composición el peso es de 2.81 gramos.
Parte central de la moneda.
Aleación de bronce-aluminio.
Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.
En esta composición el peso será de 3.25 gramos.
Anillo perimétrico de la moneda.
Aleación de acero inoxidable.
Como la que se refiere en la composición de la moneda de cinco centavos.
En esta composición el peso será de 3.82 gramos.
Monedas de Fabricación Actual
Composición
Moneda bimetálica constituida por dos aleaciones, una para su parte central y
otra para su anillo perimétrico, como sigue:
Parte central de la moneda. Podrá ser cualquiera de las aleaciones siguientes:
A) Aleación de plata sterling.
* Ley: 0.925
* Metal de Liga: Cobre
* Peso: 5.604 gramos.
* Contenido: 5.184 gramos, equivalente a 1/6 oz. (un sexto) de onza troy de
plata pura.
B) Aleación de alpaca plateada.
* Peso: 4.75 gramos.
* Contenido: 65% de cobre, 10% de níquel y 25% de zinc.
Anillo perimétrico de la moneda.
Aleación de bronce-aluminio.
Como la que se refiere en la composición de la moneda de veinte centavos.
En esta composición el peso será de 5.579 gramos.
Parte central de la moneda
Plata sterling, ley 0.925
Anillo perimétrico de la moneda.
Aleación de bronce-aluminio.
Energía de Activación (Q)
Puesto que los átomos son forzados o deformados al pasar
entre otros durante la difusión, se requiere una energía
alta. Esta cantidad es la energía de activación Q.
Generalmente, el átomo
sustitucional requiere de
una mayor energía que el
intersticial.
Tabla de Datos de Difusión
Difusión en
Estado
Estacionario:
1ra LEY de FICK
1ra Ley de Fick (I)
Ecuación que relaciona el Flujo de
Atomos por Difusión con el
Coeficiente de Difusión y con el
Gradiente de Concentración.
1ra Ley de Fick (II)
1ra Ley de Fick (III)
Determina el flujo neto
de átomos, J, que se
difunden de una región a
otra dentro del material.
Donde dc es la diferencia
en la concentración de
átomos a lo largo de una
distancia dx dentro del
material.
D es el coeficiente de
difusión.
dc/dx es el gradiente de
concentración.
1ra Ley de Fick (IV)
Q 

 RT 

D  D0 exp -
D es el coeficiente de difusión.
D0 es una constante para un sistema de difusión
dado.
Q es la energía de activación necesario para un
sistema de difusión dado.
D0 y Q son variables según los materiales.
R es la constante universal de los gases.
(R = 1.987 cal/mol°K ó 8.314 J/mol°K)
T es la temperatura en °K.
Datos de Difusión para algunos
Materiales
Difusión en
Estado No
Estacionario:
2da LEY de FICK
2da Ley de Fick (I)
Ecuación Diferencial Parcial que
describe la Rapidez a la cual se
Redistribuyen los Atomos en un
material por Difusión.
2da Ley de Fick (II)
c
t
- D
2
 c
x
2
Por Condiciones de Frontera se obtiene la solución a
la 2da Ley de Fick:
X = 0; t = 0; C = CS
X ≠ 0; t = 0; C = C0
X ≠ 0; t > 0; C = CX
c x - c0
c s - c0
 1 - ferr
x




 2 Dt 
2da Ley de Fick (III)
cs - c x
c s - c0
 ferr
x




 2 Dt 
CS = Concentración superficial.
CX = Concentración a una x distancia que se requiere
y a un tiempo cualquiera que se requiere.
C0 = Concentración inicial del elemento que se
difunde.
x = distancia (es finita).
D = Coeficiente de Difusión.
t = tiempo (en segundos).
2da Ley de Fick (IV)
Valores de la Función de Error
Cementación o Carburización (I)
Tratamiento térmico para endurecer la superficie de
aceros (de bajo contenido de carbono) mediante una
fuente gaseosa o sólida de carbono. El carbono que
se difunde hacia la superficie la hace más dura y más
resistente a la abrasión.
Cementación o Carburización (II)
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