E6 Difusão Atômica

Tópico

A temperatura deste metal determina, de acordo com a mesma dependência de Arrhenius que rege a concentração de equilíbrio de vacâncias em outro modelo deste conjunto, o coeficiente de difusão dos átomos dentro da rede cristalina do metal. De fato, são essas mesmas vacâncias que permitem que um átomo vizinho salte de seu próprio sítio na rede para o sítio vazio adjacente, e quanto maior a temperatura deste metal, mais vacâncias estão disponíveis e mais energia térmica cada átomo possui para saltar até elas. Portanto, uma temperatura mais alta para este metal também resulta em um coeficiente de difusão maior, de acordo com essa mesma dependência de Arrhenius.

Este mesmo coeficiente de difusão, de acordo com a segunda lei de Fick, rege como a concentração de um soluto dentro deste metal evolui no espaço e no tempo, onde essa concentração não é uniforme. A segunda lei de Fick descreve como a concentração do soluto em qualquer ponto deste metal muda ao longo do tempo em proporção à curvatura do perfil de concentração naquele ponto, achatando progressivamente qualquer diferença de concentração até que a uniformidade seja alcançada. Um coeficiente de difusão mais alto significa que, de acordo com a segunda lei de Fick, esse achatamento do perfil de concentração ocorre mais rapidamente.

No caso específico da difusão semi-infinita, em que esse metal está em contato, em uma única superfície, com uma fonte de soluto mantida a uma concentração constante, a segunda lei de Fick é resolvida usando a função erro. Essa função erro descreve, em cada ponto a uma certa profundidade abaixo dessa superfície e a cada instante, qual fração da diferença de concentração original já se difundiu até esse ponto. Um tempo decorrido maior, ou um coeficiente de difusão mais alto, significa que, de acordo com essa mesma função erro, o soluto se difunde mais profundamente no metal nesse mesmo intervalo de tempo.

Portanto, esse modelo, com seu coeficiente de difusão e a segunda lei de Fick, rege a cinética de outros quatro modelos neste conjunto: têmpera e revenido, precipitação, recristalização e sinterização desse metal. Nenhum desses processos poderia ocorrer em qualquer taxa dada sem esse mesmo coeficiente de difusão como fundamento. Além disso, o fato de esse coeficiente de difusão já ser usado por outro modelo neste conjunto para descrever a fluência controlada por difusão neste metal, e por outro modelo ainda para descrever como o hidrogênio dissolvido atinge a ponta de uma trinca, faz com que este modelo, em ambos os casos, seja a base física da qual esses dois modelos já dependiam.

ID:4432