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Capítulo 14 - Mobilidade Atômica

Tópico 14.10. O Efeito Kirkendall

Considere o experimento da figura 14.m, onde são mostrados dois blocos de materiais A e B unidos entre si. Na interface entre os dois blocos são colocados marcadores feitos de um material cujas propriedades que não são alteradas pela temperatura do ensaio. Este conjunto é chamado de par de difusão. O bloco é colocado no forno em temperatura apropriada e, após certo tempo, observam-se a migração dos marcadores da interface e o aparecimento de vazios no lado de B. Este efeito foi observado primeiramente em materiais metálicos, em 1947, por Kirkendall (1), que usou o cobre (A) e o latão (B), e é geralmente considerado como uma evidência do mecanismo de lacunas para que a difusão ocorra. Até o trabalho de Kirkendall acreditava-se que a difusão em metais ocorria por processos de troca direta ou pelo mecanismo de anel (veja o tópico anterior e a Figura 14.l) de maneira que houvesse uma equalização dos fluxos em ligas binárias. Mas Kirkendall encontrou diferenças nos fluxos para a difusão do zinco (Zn) e do cobre (Cu) no par de difusão cobre-latão (70% Cu-30% Zn).
A explicação para esta desigualdade é a grande diferença na velocidade de difusão, havendo um transporte real de massa e de vazios através da interface original A—B, ou seja, ocorre alto fluxo de lacunas para a direita e a movimentação de átomos de B para a esquerda.
O Efeito Kirkendall mostra que a interdifusão em ligas binárias (com um único coeficiente D) consiste de duas classes de movimento, a dos átomos de A e a dos átomos de B. O estudo feito pelo pesquisador norte-americano L. Darken, em 1948, resultou na seguinte expressão, conhecida como Equação de Darken:

. (14.18)

em que e são as frações molares de B e A na liga em questão, é o coeficiente de difusão de A em B puro e o coeficiente de difusão de B em A puro.

Figura 14.m - O efeito Kirkendall.
Notas:
(1) Ernest O. Kirkendall (1914-2005), metalurgista norte-americano que estudou a interdifusão em pares metálicos cobre (Cu)-latão (70% Cu-30% Zn). Estes estudos evidenciaram as diferenças (o efeito Kirkendall) de fluxo atômico numa liga binária.