A.S.D’Oliveira

Interfaces

e

precipitados

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Interfaces entre fases nos sólidos

Coerente

Com deformaçãoAcomodação da deformação da rede

Semi-coerente Incoerente

Duas fases com diferente redes

cristalinas

Diferente composição

mesma rede

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Interfaces entre fases nos sólidos

Efeito da energia da interface na morfologia do precipitado

Precipitado e matriz com diferentes estruturas cristalinas –

interface semi-coerente

Redes com orientações aleatórias ou redes muito diferentes –

interface incoerente

Precipitados no contorno de grão – relação de orientação com os dois grãos

Interface coerente de baixa energia em todas as faces do

precipitado (redes com a mesma orientação)

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Interfaces entre fases nos sólidos

Efeito da deformação na morfologia do precipitado

Precipitados coerentes: matriz e precipitado tem de deformar com magnitudes iguais

mas de sentido oposto; deformação depende da direção

Precipitados incoerentes com a matriz

– não se desenvolve deformação

devido a coerência mas apenas devido

a diferenças de volume

Precipitados podem perder a coerência

quando for energeticamente melhor a

criação de interfaces semi-coerentes

=0

Grande

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Interfaces entre fases nos sólidos

Migração das interfaces -> Crescimento do precipitado

- controlado por difusão: com alterações na composição química

- controlado pela interface: sem alteração na composição química

Variação da composição química

decorrente da migração da interface;

Liga substitucional

Perfis de

composição na

interface

Força motriz

para a migração

da interface

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Interfaces entre fases nos sólidos

•Transformações Com Nucleação e Crescimento

Civis

Militares

•Transformações sem nucleação - Spinodal

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Aula 2

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Crescimento de precipitados

Crescimento rápido;

interface incoerente

Crescimento lento;

interface coerente

Morfologia do precipitado será determinada pela taxa de migração das interfaces

Crescimento controlado por difusão, em volume ou ao longo dos contornos: dimensão do

precipitado é proporcional a√tempo (tx de crescimento vai diminuindo com o tempo)

Crescimento controlado pela interface: dimensão é proporcional ao tempo (tx de

crescimento contante)

Fases com diferentes est. cristalinas ->

interfaces semi-coerentes de baixa

mobilidade que migram em função da

quantidade de “ledges’

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Crescimento com interfaces incoerentes planar

Crescimento de precipitados

Nucleação no contorno de grão -> interface incoerente planar

Interface incoerente controlada por difusão;

pode-se assumir equilibrio local na interface

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Crescimento de precipitados

Tx de crescimento irá depender do gradiente de concentração na interface

O gradiente de concentração diminui continuamente com o tempo, a medida que o

soluto (B) é retirado da matriz.

O Coeficiente de difusão relevante é o coeficiente de interdifusão de B em A

Zona de difusão

O espessamento do precipitado obedece uma lei parabólica

Para um dado intervalo de tempo a taxa de crescimento é proporcional a

saturação

Velocidade de crescimento é proporcional a√D/t

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velocity

Crescimento de precipitados

Efeito da temperatura e da composição na taxa de crescimento

Pequeno super-resfriamento -> Tx de crescimento baixa

(baixa supersaturação)

Grandes super-resfriamento -> Tx de crescimento baixa

(difusão lenta)

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Crescimento de precipitados

Sobreposição de campos de difusão ->

crescimento desacelera até parar

(concentração da matriz=conc de equilíbrio)

Precipitado cresce até um limite

Eliminação dos gradientes de

concentração de soluto na interface;

redistribuição completa do soluto

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Crescimento de precipitados

Precipitação nos contornos de grão – particulas isoladas em oposição a filmes

continuos

Crescimento de precipitados nos contornos de grão é mais rápido do que permito

pela difusão em volume

Crescimento contorno de grão alotriomorfico:

1. Difusão em volume do solute para o contorno de grão

2. Difusão do soluto ao longo dos contornos de grão até ao contorno do precipitado

3. Difusão ao longo da interface α/β permitindo espessamento do precipitado

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Crescimento de precipitados

Crescimento controlado por difusão de placas ou agulhas

(gradiente de concentração promove difusão)

Efeito da curvatura na ponta do precipitado

Para uma placa de espessura constante a

curvatra na ponta que avança permanece

constante e pequena

Esta morfologia decorre da interface ser coerente

e de dificil mobilidade em uma face mas

incoerente na ponta que avança

crescimento deverá linear

( em oposição ao crescimento parabólico)

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Crescimento de precipitados

Efeito Gibbs-Thomson

A curvatura na ponta do precipitado provoca um

aumento da energia livre na ponta do precipitado

em relação a energia livre da interface plana.

A medida que o raio de curvatura da ponta

diminiu,diminiu a tx de crescimento

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Crescimento de precipitados

Espessamento de precipitado tipo placa - Interfaces semi-coerentes com

migração restrita

Cada degrau é uma interface incoerente onde o átomo de soluto pode

facilmente ser incorporado

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Crescimento de precipitados

Crescimento de particulas

•Consequência do efeito Gibbs-Thomson – mesmo

quando a precipitação já terminou, existe uma

força motri para o aumento da dimensão das

particulas

( particulas menores tem maior solubilidade

que as particulas maiores)

•Conservação de massa – se uma particulas

aumenta em algum lugar no sistema outra terá de

diminuir

•Mecanismo de difusão – a dimensão média

aumenta com o tempo; particulas pequenas

diminuem até desapareer

•O crescimento/coalescimento tem inicio

imediatamente após a nucleação

•Tx de coalescimento é diretamente proporcional a

energia da interface, ~coeficientes de difusão e

solubilidades

•Coalescimento varia com o tempo na razão de t⅓

em oposição ao crescimento de grão t½

Particulas de menor dimensão tem maior

solubilidade provocando um gradiente de

concentração das particulsamenores para

as maiores

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Crescimento de precipitados

Impactos do coalescimento:

Exposição a alta temperatura resulta em precipitados grosseiros e

redução da resistência

Precipitados grosseiros diminuem a resistência ao crescmento de grão

O coalescimento é minimizados em sistemas com baixas energias de

interface e solubilidades