O documento discute o processo de difusão em materiais. A difusão ocorre devido ao movimento aleatório dos átomos induzido por agitação térmica e é importante para reações e processos industriais que envolvem o transporte de matéria no estado sólido. Dois tipos principais de difusão são discutidos: difusão por lacunas e difusão intersticial. O documento também aborda os regimes estacionário e não estacionário de difusão, fatores que influenciam na difusão e exemplos de aplicações e equipamentos

1. Trabalho de Difusão
Ciência dos Materiais 1
Nome: Olmar Junior

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Difusão
 Introdução
➢ Difusão é o transporte de matéria no estado sólido, induzido por
agitação térmica.
➢ Muitas reações e processos industriais importantes no tratamento
de materiais dependem do transporte de massa de uma espécie
sólida, liquida ou gasosa (a nível microscópico) em outra fase sólida.
➢ Mecanismo pelo qual a matéria é transportada através da matéria.
➢ Os átomos, em gases, líquidos e sólidos, estão em movimento
constante e migram ao longo do tempo;
➢ Nos metais e ligas metálicas, a difusão dos átomos é
particularmente importante, já que a maior parte das reações no
estado sólido envolve movimentos atômicos.

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 O fenômeno da difusão pode ser demonstrado
mediante o uso de um par de difusão.
➢ Barras de dois metais diferentes, com contato
íntimo.
 Par é aquecido por período prolongado e
resfriado até a temperatura ambiente.
➢ Metais puros nas extremidades separados por
uma região de liga dos dois metais.
 Interdifusão ou difusão de impurezas

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Tipos de difusão
➢ Difusão por Lacunas
Um mecanismo envolve a troca de um átomo de
uma posição normal da rede para uma posição
adjacente a vaga ou lacuna na rede cristalina.
➢ Difusão Intersticial
O segundo tipo de difusão envolve átomos que
migram de uma posição intersticial vizinha que
esteja vazia. Esse mecanismo é encontrado para a
interdifusão de impurezas tais como hidrogênio,
carbono, nitrogênio e oxigênio.

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Difusão Regime Estacionário
 O regime estacionário obedece aprimeira lei de
FICK;
 A difusão é um processo que depende do tempo
(t);
 O objetivo de saber o tempo, é saber a rapidez
que ocorre a difusão – taxa de transferência;

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➢ Nesse regime o fluxo difusional não varia com o
tempo;
➢ Um exemplo clássico é a difusão dos átomos de
um gás através de uma placametálica, na qual
as concentrações/pressões de componente em
difusão sobre ambas as superfícies das placas
são mantidas constantes.

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Fluxo difusional
A taxa é expressa como fluxo difusional (j), o qual
é definido como a massa (m) que se difunde em
uma seção transversal de área (A) unitária do
sólido por unidade de tempo (t).
J= m/At > unidade kg/m².s ou átomos/m².s

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Difusão Regime não Estacionário
➢ A maioria das situações práticas envolvendo
difusão, ocorre em condições de estado não
estacionário.
➢ O fluxo de difusão e o gradiente de
concentração em um ponto específico no interior
de um sólido, variam ao longo do tempo.

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Fatores que influenciam na Difusão
➢ A espécie em difusão assim como o material
hospedeiro influenciam o coeficiente de difusão .
➢ E a temperatura também pode influenciar na
difusão .

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Exemplo
Em um processo de cementação em um aço com 0.25 % de carbono a
950ºC com uma concentração de carbono na superfície externa de
1.2% , qual deve ser o tempo de cementação para atingir um teor de
carbono de 0.8% na posição de 0.5 mm abaixo da superfície? O
coeficiente de difusão do carbono no ferro nessa temperatura é de
1,6 x 10−11 Τ
𝑚2 𝑠 .
Solução
Problema de difusão no estado não estacionário sendo a composição
da superfície mantida constante . As condições de contorno do
problema são as seguintes:

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Necessitamos determinar agora o valor de z cuja função erro é
0.4210. Deve-se usar uma interpolação:

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Processos e Equipamentos por
Difusão
➢ Filtros para purificação de gases
➢ Homogeneização de ligas com segregação
➢ Modificação superficial de peças
➢ Dopagem de semicondutores
➢ Processadores de microcomputadores
➢ Sinterização

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Conclusão
A movimentação de átomos pode ocorrer:
1)No volume do material
2) Ao longo de defeitos lineares: discordâncias
3) Ao longo de defeitos bidimensionais: contornos de grão, superfícies
externas.
• A movimentação de átomos pelos defeitos cristalinos é muito mais
rápida que pelo volume.
• Em alguns casos, a contribuição do fluxo de átomos através dos
defeitos cristalinos é insignificante (a seção transversal das suas áreas
é bem pequena comparada com o interior do material).

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Bibliografia
➢ CALLISTER, William, D. Ciência e Engenharia
de Materiais – Uma introdução. 9ª ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2016.