Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING - An Introduction
William D. Callister,Jr., John Wiley & Sons, 1991, New York,N.Y..
5. DIFUSÃO
5.1 - INTRODUÇÃO
Muitas reações e processos que são importantes no tratamento de materiais baseiam-se na
transferência de massa quer dentro de um sólido específico (ordinariamente num nível microscópico)
quer a partir de um líquido, um gás ou uma outra fase sólida. Isto é necessariamente realizado por
difusão, o fenômeno do transporte de material por movimento atômico. Este capítulo discute os
mecanismos atômicos pelos quais ocorre a difusão, a matemática da difusão e a influênciada
temperatura e das espécies difusoras sobre a taxa de difusão.
O fenômeno da difusão pode ser demonstrado com o uso de um par de difusão, que é
formado pela união de 2 barras de 2 metais diferentes juntas de maneira que exista contato íntimo
entre as 2 faces, como ilustrado para cobre e níquel na Figura 5.1, que inclui representações
esquemáticas de posições de átomos e composição através da interface. Este par é aquecido
durante um período de tempo extenso numa temperatura elevada (mas abaixo da temperatura de
fusão de ambos os metais) e resfriada até a temperatura ambiente. Análise química revelará uma
condição similar àquela representada na Figura 5.2, isto é, cobre puro e níquel puro nas 2
extremidades do par, separados por uma região ligada. As concentrações de ambos os metais
variam com a posição como mostrado na Figura 5.2c. Este resultado indica que átomos de cobre
se migraram ou se difundiram para dentro do níquel e que o níquel se difundiu para dentro do cobre.
Este processo, pelo qual átomos de um metal se difundem para dentro de um outro, é denominado
interdifusão ou difusão de impureza.
Figura 5.1 - (a) Par de difusão cobre-níquel antes de um tratamento térmico de alta temperatura
(b)Representações esquemáticas de localizações de átomos de Cu (círculos coloridos) e de Ni
(círculos pretos) dentro do par de difusão. (c) Concentrações de cobre e de níquel como uma
função da posição através do par.
Figura 5.2 - (a) O par de difusão cobre-níquel após tratamento térmico a alta temperatura,
mostrando a zona de difusão ligada. (b) Representações esquemáticas de localizações de átomos de
Cu (círculos coloridos) e de Ni (círculo pretos) dentro do par. (c) Concentrações de cobre e de
níquel como uma função de posição através do par.
Interdifusão pode ser discernida (distinguida) a partir de uma perspectiva macroscópica por
mudanças em concentração que ocorre ao longo do tempo, como no exemplo do par de difusão
Cu-Ni. Existe um arraste ou transporte líquido de átomos a partir de regiões de alta concentração
para regiões de baixa concentração.
Difusão ocorre também para metais puros, mas todos os átomos que trocam posições são do
mesmo tipo; isto é denominado auto-difusão. Naturalmente, auto-difusão normalmente não está