soldadura por difusion

SOLDADURA POR DIFUSION: FENOMENO Y PROCESO

OMAR DE JESUS GONZALES REYES

DAVID STIVEN PUERTA

JOSÉ DAVID CARDONA RENDÓN

Ing. Edwar Andrés Torres López, Ph.D

PROCESOS DE UNION

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

MEDELLIN

2015

SOLDADURA POR DIFUCION: FENOMENO Y PROCESO Página 2

TABLA DE CONTENIDO

1. Fundamentos de la soldadura por difusión………………………………….4

1.2 Energía de activación en la difusión.

1.3 Ecuación de Arrhenius.

1.4 Difusión en estado estacionario: Primera Ley de Fick

1.5 Difusión en estado no estacionario Segunda ley de Fick.

2. Parámetros que afectan la difusión…………………………………………...9

2.1 Temperatura y coeficiente de difusión.

2.2 Sustancias que difunden.

2.3 Tiempo

2.4 Dependencia entre el enlace y la estructura cristalina

3. Parámetros de la soldadura por difusión……………………………………12

3.1 Parámetros de la soldadura por difusión

3.1.1 Temperatura.

3.1.2 Tiempo.

3.1.3 Presión.

3.1.4 Preparación de la superficie.

3.1.5 Efectos metalúrgicos

3.1.6 Preservación de la superficie.

3.1.7 Dimensiones.

4. Unión entre materiales …………………………..……………………………16

4.1 Proceso de soldadura por difusión.

4.2 Unión entre materiales cerámicos y metálicos.

4.3 Unión de materiales cerámico-cerámicos y polímero-metal.

5. Bibliografía………………………………………………………………………19


LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Representación esquemática de la difusión……………………………….…5

Figura 2. Relación de cantidad de energía suministrada……………………………...5

Figura 3. Gradiente de concentración en estado estacionario ……........................7

Figura 4. Variación de perfiles de concentración……………………………………..8

Figura 5. Difusión de átomos en estado no estacionario……………………………...9

Figura 6. Coeficiente de difusión en función del reciproco de la temperatura……...10

Figura 7. Coeficientes de interdifusion y de auto difusión…………………………....11

Figura 8. Energía de activación para la auto difusión vs temperatura…………….. 11

Figura 9. Falta de acabado superficial en la superficie de contacto………………..15

Figura 10. Horno de soldadura por difusión…………………………………………...17


SOLDADURA POR DIFUSIÓN

La unión por difusión o soldadura por difusión se define según la Sociedad

Americana de Soldadores (AWS, American welding society), “la soldadura por

difusión (DFW, Diffusion Welding) es un proceso de soldadura en estado sólido en

donde la coalescencia de las superficies a unir es producida por la aplicación de

presión y elevada temperatura en donde no se da deformación macroscópica o

movimiento relativo de las partes a unir”. Este método de unión está basado en la

difusión atómica a través de la superficie de contacto entre las piezas a unir, por lo

tanto se requiere una adecuada preparación de esta, además de esto, se debe tener

en cuenta variables fundamentales que afectan el proceso, como lo son:

temperatura, tiempo, presión, características metalúrgicas de las piezas a soldar, y

el uso de intercaras para optimizar el fenómeno de la difusión. Su principal

característica al unir materiales (metal-metal, metal-cerámico) es la no existencia de

una zona afectada térmicamente (ZAT) por lo tanto se garantiza continuidad en la

estructura cristalina y las propiedades físicas del material.

1. FUNDAMENTOS DE LA DIFUSION

La difusión es el transporte de masa por movimiento atómico, la difusión de los

átomos se puede dar por diferentes mecanismos, entre los cuales se encuentran

mecanismo por vacancia y mecanismo intersticial.

Las vacancias es un defecto que existe muy comúnmente en los materiales

cristalinos, estas crean desorden que se convierte en un aumento de la entropía

haciendo que la energía libre del sistema disminuya y en consecuencia la

estabilidad termodinámica del material (Donal R. Askland et al., 2004), esto lleva a

que el material entre en estado no estacionario permitiendo que sus características

físicas puedan ser modificadas a lo largo del tiempo.

La auto-difusión se basa en existencia de vacancias dentro de la red atómica, estas

permiten que un átomo de la red salte a esta posición dejando así una nueva

vacancia. También es importante remarcar que el número de vacancias aumenta

con la temperatura creando así un intercambio continuo de las posiciones de átomos

y vacancias.

La difusión intersticial se aprovecha del hecho que un átomo o ion relativamente

pequeño puede moverse con alta facilidad a través de los intersticios de la red

atómica, en este mecanismo no se requieren vacancias, esto debido a que hay más


posiciones intersticiales que vacancias además como los átomos intersticiales son

relativamente más pequeños, estos se pueden difundir con mucha más rapidez.

Figura 1. Representación esquemática de la difusión (a) por vacantes y (b) intersticial.

Adaptado de WillianD.Callister Jr et al. (2002)

Figura 2. Relación entre cantidad de energía suministrada para que un átomo se mueva

desde una posición estable.

Adaptado de Donal R. Askland et al (2004)


1.2 Energía de activación en la difusión

La energía de activación es la energía necesaria que se le debe suministrar a un

átomo para que este se mueva de una zona de menor energía y relativamente

estable a una nueva posición, para lograr esto el átomo debe vencer una barrera

energética, esta barrera se denomina como la energía de activación Q. Al

suministrar energía térmica a los átomos o iones se les da la energía necesaria para

poder superar la barrera (Donal R. Askland et al., 2004).

Como se requiere de una menor energía para mover un átomo intersticial a través

de sus átomos vecinos (Fig 2); las energías de activación son menores para la

difusión intersticial que para la de vacancias, una energía de activación baja implica

que la difusión es fácil.

1.3 Ecuación de Arrhenius

La capacidad que tienen los átomos y los iones para difundirse aumentan con la

temperatura; es decir, aumenta con la energía térmica que poseen los átomos y los

iones (Donal R. Askland et al., 2004), la rapidez del movimiento de un átomo o un

ion, en relación con la temperatura o la energía térmica, se expresa con la ecuación

de Arrhenius, esta rapidez es análoga al coeficiente de difusión de una substancia

que difunde a través de otra.

La ecuación de Arrhenius se expresa matemáticamente de la forma:

𝑫 = 𝑫𝟎 𝒆𝒙𝒑(−𝑸

𝑹𝑻)

Donde

D0 =factor de frecuencia independiente de la temperatura (m2/s)

Q = energía de activación para la difusión (J/mol o eV/átomo)

R = constante de los gases

T = temperatura absoluta (K)


1.4 Difusión en estado estacionario: Primera Ley de Fick

Macroscópicamente la difusión es un proceso que depende del tiempo: la cantidad

de un elemento que es transportado dentro de otro es función del tiempo

(WillianD.Callister Jr, 2002).

En muchas ocasiones es de suma importancia conocer con que velocidad se

difunden los átomos, iones u otras especies en un material (WillianD.Callister Jr

2002), esto se puede medir con el flujo J, este se define como la cantidad de átomos

que atraviesa un área unitaria por unidad de tiempo.

La condición necesaria para que exista estado estacionario es que le flujo de

difusión no cambie con el tiempo (WillianD.Callister Jr, 2002), por lo tanto la

concentración solo puede variar en función de la posición (o distancia).

La primera ley de Fick explica el flujo neto de átomos, esta expresa que el flujo es

proporcional al gradiente de la concentración (R.ByronBird et al., 2006):

𝑱 = −𝛒𝑫𝛁𝐜

Figura 3. Gradiente de concentración en condiciones de difusión en estado estacionario,

la concentración es función de la posición.



En donde la constante de proporcionalidad 𝑫 se define como el coeficiente de

difusión [𝒎𝟐

𝒔], 𝛒 como la densidad del sistema. El signo negativo de esta expresión

indica que la dirección de difusión es contraria al gradiente de concentración: va

desde las zonas de mayor concentración hacia las de menor concentración

(R.ByronBird et al., 2006). Para una dimensión se puede expresar la primera ley de

Fick como:

𝑱 = −𝑫𝒅𝒄

𝒅𝒙

1.5 Difusión en estado no estacionario: Segunda Ley de Fick

La mayoría de las situaciones prácticas de difusión son en estado no estacionario.

En una zona determinada del sólido, el flujo de difusión y el gradiente de difusión

varían con el tiempo, generando acumulación o agotamiento de las substancias que

difunden (WillianD.Callister Jr, 2002).

La segunda ley de Fick, que describe la difusión atómica, o estado no estacionario

de los átomos, es la ecuación diferencial (R.ByronBird et al., 2006):

𝝏𝒄

𝝏𝒕= 𝑫𝛁𝟐𝐜

Figura 4. Variación de los perfiles de concentración a tres tiempos de difusión diferentes.



Suponiendo que el coeficiente de difusión no depende ni de la ubicación ni de la

concentración de la especie que difunde, la segunda ley de Fick se puede expresar

para una dimensión como (WillianD.callister Jr. 2002):

𝝏𝒄

𝝏𝒕= 𝑫(

𝝏𝟐𝒄

𝝏𝒙𝟐)

La solución de esta ecuación depende de las “condiciones frontera” para un caso

en particular. Una solución es (Donal R. Askland et al., 2004):

𝑪𝒔 − 𝑪𝒙

𝑪𝒔 − 𝑪𝟎= 𝟏 − 𝒇𝒆𝒓𝒓(

𝒙

𝟐√𝑫𝒕)

Figura 5. Difusión de átomos en estado no estacionario, ilustración de la segunda ley de

Fick.


2. FACTORES QUE AFECTAN LA DIFUSIÓN:

2.1 Temperatura y Coeficiente de difusión:

El proceso de difusión depende fuertemente de la temperatura; el coeficiente de

difusión está íntimamente relacionado con la ecuación de Arrhenius. Cuando se

aumenta la temperatura de un material, coeficiente de difusión D aumenta de

manera exponencial (Fig 6), en consecuencia también aumenta el flujo de átomos;

la energía térmica suministrada a los átomos que se difunden les permite superar la

barrera de energía de activación y moverse con más facilidad hacia nuevas

posiciones, cuando las temperaturas suministradas al material son inferior a 0,4

veces la temperatura absoluta de fusión del material, la difusión es muy lenta y no

cobra importancia (Donal R. Askland et al., 2004 ).


Cuanto mayor sea la temperatura de fusión mayor será la energía de activación, por

lo tanto a menores temperaturas de fusión se necesitan menores energías de

activación Q lo que incrementa el coeficiente de difusión y el flujo.

Figura 6. Coeficiente de difusión en función del reciproco de la temperatura para algunos

metales y cerámicos.


2.2 Substancias que difunden:

La magnitud del coeficiente de difusión D es indicativo de la velocidad de difusión

atómica, las substancias que difunden y los materiales a través de los cuales ocurre

la difusión influyen en el coeficiente de difusión (Fig 7) (WillianD.Callister Jr, 2002),

por lo tanto la difusión podrá ser más rápida en material que en otro.

2.3 Tiempo:

La difusión es un fenómeno que depende del tiempo, si se debe difundir una gran

cantidad de átomos para producir una estructura uniforme y estable, se podrán

necesitar tiempos largos, aun a altas temperaturas (Donal R. Askland et al., 2004);

esto puede traer consigo varias implicaciones como lo son que al mantener una alta

temperatura durante un tiempo muy prolongado, para el caso de la difusión que

involucre un material metálico, se pueden presentar oxidación de los límites de

grano o incluso que el material se funda antes de que tome inicio la difusión


Figura 7. Coeficientes de interdifusion y de auto difusión de varios metales


2.4 dependencia entre enlace y estructura cristalina:

Las energías de activación son menores para átomos que se difunden a través de

estructuras cristalinas abiertas en comparación con las estructuras de

empaquetamiento compacto (Donal R. Askland et al., 2004), como el átomo a

difundir en un sistema compacto tiene más vecinos, es mucho más difícil poder

romper las interacciones mutuas entre estos, además de que la energía de

activación Q depende de la fuerza del enlace atómico, y su valor es mayor para la

difusión de átomos en materiales con alta temperatura de fusión (Fig 8).

Figura 8. Energía de activación para la auto difusión se incrementa al aumentar el punto

de fusión del metal.



3. SOLDADDURA POR DIFUSION

El proceso de soldadura por difusión estará totalmente regida por los factores que

afectan el fenómeno de la difusión, estableciendo así un grupo de parámetros

indispensables a la hora de llevar a cabo la unión, los cuales son: temperatura,

tiempo, presión, preparación de la superficie, y efectos metalúrgicos además de los

antes mencionados, se debe tener en cuenta la necesidad de una atmosfera

controlada, y las dimensiones de las piezas a soldar.

3.1 Parámetros de soldadura por difusión.

3.1.1 Temperatura

La temperatura es uno de los parámetros más importantes, debido a que en base a

esta se puede modificar el proceso debido a sus características:

La temperatura es relativamente fácil de controlar.

La temperatura influye en otras características de las piezas a unir,

plasticidad, difusividad, la solubilidad del óxido, etc.

Los cambios en la temperatura son relativamente baratos, un incremento de

esta hace que el tiempo de difusión sea más corto lo que disminuiría el tiempo

y costos de los ciclos.

Algunos factores como las transformaciones alotrópicas, re cristalización,

precipitación de óxidos dependen de la temperatura, por lo tanto se debe

tener un control adecuado de la temperatura para promover o evitar estos

factores según la necesidad.

Las propiedades de la unión pueden aumentar con en el incremento de la

temperatura en la soldadura por la difusión. Por lo general la temperatura a la cual

se debe realizar el proceso debe estar entre 0,6 y 0,8 veces la temperatura de fusión

de los materiales unir (Diffusion Welding).

3.1.2 Tiempo

En el proceso de soldadura por difusión el tiempo de aplicación puede tomar entre

unos cuantos minutos o incluso muchas horas, todo depende de las características

de los materiales a unir y de los demás parámetros de soldadura. En sistemas que

poseen inercia térmica y mecánica, el tiempo de soldadura por difusión es muy largo

(Diffusion Welding), dado que un tiempo muy corto de aplicación de presión y

temperatura no generaría cambios significativos en las variables para que la difusión


tome lugar, esto se explica porque la inercia térmica es la propiedad que indica la

cantidad de calor que puede conservar un cuerpo y la velocidad con que lo cede o

absorbe, al existir mucha inercia térmica la velocidad de absorción del calor es muy

lenta y un tiempo muy corto de exposición a la temperatura no le entregaría al

sistema la energía necesaria para que un átomo pueda vencer la barrera energética

antes definida como energía de activación, por consiguiente nunca se movería de

su posición y la difusión no tomaría lugar. Si no existen problemas de inercia térmica,

los tiempos de soldadura son relativamente cortos. El tiempo es el factor más

importante a la hora de hablar de la economía del proceso, si se logra optimizar el

tiempo que toma la soldadura por difusión se pueden acelerar las tasas de

producción, y el consumo energético seria mucho menor.

3.1.3 Presión

La presión es otro importante parámetro en la soldadura por difusión, su

importancia toma lugar durante la primera fase de la formación de la unión, pues es

la encargada de producir una gran área de contacto entre las superficies próximas

a unirse. Un control de la presión es indispensable a la hora de soldar, pues altas

presiones pueden deformar plásticamente los elementos a unir o incluso romperlos,

y bajas presiones no permitirían el aumento del área de contacto entre las

superficies. La aplicación uniforme de la presión es lo más importante pues así se

asegurar la consistencia de la formación de enlaces en todas las áreas.

Desde un punto de vista económico, la reducción de la presión es deseable, pues

si el proceso involucra altas presiones se requiere de equipos más costosos que

puedan producir y proporcionar un excepcional control de esta.

3.1.4 Preparación de la superficie

Las superficies que van a ser unidas deben de tener una cuidadosa preparación

antes de ser soldadas, para esto se requiere mucho más que limpieza, estas deben

de tener un buen acabado superficial, se deben remover todo tipo de películas que

existan en la superficie como recubrimientos, óxidos, etc., y por último se debe

garantizar que no exista ningún tipo de sustancia gaseosa, acuosa u orgánica (A.A

Shizardi et al.,2001), ya que estas interfieren con la difusión, haciendo que el

proceso más lento o el efecto puede ser tal que la difusión no tome lugar.

El acabado superficial es generalmente obtenido por maquinado, las superficies

debe de quedar planas y lo suficientemente lisas, para garantizar que el contacto

entre estas sea máximo y la deformación mínima (Thinh Nguyentat,).


La deformación introducida en la superficie durante el maquinado tiene un efecto de

gran relevancia en la soldadura por difusión. Las superficies que previamente

estuvieron en un proceso de trabajo en frio poseen bajas temperaturas de re

cristalización y altas tasas de difusión en comparación con las partes que no han

sufrido deformación alguna (Diffusion Welding); esto ayuda a la difusión de las

substancias. En algunos casos la superficie deformada no es necesaria para la

soldadura por difusión, en estos casos las superficies deben de ser procesadas de

tal manera que se minimice la superficie deformada.

3.1.5 Efectos metalúrgicos

Un cierto grupo de efectos metalúrgicos pueden llegar a ser factores importantes

que influyan severamente en el proceso de soldadura por difusión, estos pueden

establecer los límites de los parámetros previamente mencionados. Los más

importantes son las transformaciones alotrópicas, la re cristalización y el

comportamiento de las superficies.

La transformación alotrópica (transformación de fase) ocurre en algunos metales y

aleaciones, las condiciones en las cuales se llevara a cabo el proceso de soldadura

por difusión deben tener en cuenta dicha trasformación debido a que esta

generalmente viene acompañada de un cambio volumétrico, por lo tanto se debe

prestar especial cuidado a las dimensiones que se requieren después de que la

soldadura se haya realizado. Otra característica importante de la trasformación

alotrópica es que el metal toma un comportamiento mucho más plástico, esto

permite una rápida deformación de la interfaz de contacto con presiones muy bajas

(ejournal ROTASI, 2001).

Dependiendo de la temperatura y de la composición de las aleaciones a unir, se

puede presentar precipitaciones de óxidos en las superficies de los materiales, estos

le dan un carácter duro y tenaz a la superficie lo cual dificulta el proceso de

soldadura por difusión.

3.1.6 Preservación de la superficie

Se debe tener especial cuidado en la soldadura por difusión con la re contaminación

de las superficies durante el proceso. Una solución para este potencial peligro es la

introducción de una atmosfera controlada, que en principio puede ser el vacío,

aunque también se pueden usar diferentes tipos de gases como atmosfera en la

soldadura por difusión.


Figura 9. La falta de acabado superficiales y la existencia de óxidos impiden un aumento

del área de contacto entre los metales a ser unidos

Adaptado de Diffusion Welding

El uso de hidrogeno ayuda a minimizar la cantidad de óxidos formados durante la

soldadura, esto debido a su naturaleza reductora.

Los gases inertes pueden ser usados para proteger la superficie a altas

temperaturas, pero no proporcionan las mismas propiedades del hidrogeno

(Diffusion Welding).

3.1.7 Dimensiones

Otro factor al cual se le debe prestar atención es a las demisiones de las piezas a

unir, puesto que piezas demasiado grandes o gruesas, implicarían características

técnicas demasiado elaboradas, como lo son la necesidad de equipos con la

capacidad de producir la gran demanda de energía y la presión necesaria, además

de mantenerlas el tiempo requerido, la existencia de cámaras de vacío con las

dimensiones adecuadas, todo esto tendría como repercusión un proceso

demasiado costoso.

4. UNION DE MATERIALES

4.1 Proceso de soldadura por difusión.


El proceso de soldadura por difusión es llevado a cabo en tres etapas. En la primera

etapa se debe dar un buen acabado superficial a las superficies que van a ser

puestas en contacto para disminuir la rugosidad de estas, una rugosidad

recomendada está comprendida en un rango de 30-40 μm en el sistema Ra. En la

segunda etapa las superficies son presionadas entre sí dando lugar a una mayor

área de contacto entre ellas, la presión suministrada generalmente es necesaria

solo hasta que se genera un área de contacto lo suficientemente grande, además

su valor suele estar por debajo del valor del esfuerzo de cadencia de los materiales.

Y en la tercer y última fase, comienza la difusión cerrando los huecos que hay entre

superficies hasta que se logra una difusión volumétrica allí se cierran por completo

los huecos entre las superficies obteniendo de esta forma la soldadura por difusión.

La maquinaria utilizada para llevar a cabo este proceso es un horno que provea

calor y presión a los elementos a soldar además de general vacío o una atmosfera

protectora. La temperatura suministrada suele estar entre 50 a 80 % de la

temperatura de fusión del material. En la figura 9 se muestra un horno de soldadura

por difusión, suministrado por la empresa flokal (engireered products), a

continuación se muestran algunas de sus especificaciones más importantes: la

máxima zona admisible de trabajo es de 300 x 400 mm, la máxima temperatura

suministrada es de 1450 oc, peso máximo de trabajo 30 kg, presión 700 psi y su

máxima capacidad de vacío 1x10-5 mbar.2 (www.flokal.eu)

En las especificaciones se logra identificar que los parámetros para lograr el proceso

de soldadura se cumplen, pero es apreciable que el mayor limitante es las

dimensiones y pesos de las piezas a soldar. Así que el proceso por el momento se

limita a piezas que no excedan estas dimensiones y el peso límite de la máquina,

además también se puede observar que la maquina no es portable lo cual también

restringe el proceso para piezas que no requieran ser soldadas en campo.

4.2 unión entre materiales cerámicos y metálicos

La difusión no es un fenómeno exclusivo de los materiales metálicos, también se da

en materiales cerámicos. Para abordar la difusión en los cerámicos primero se debe

conocer dos fenómenos comunes en este tipo de procesos como lo son el defecto

de Frenkel, el cual consiste en el salto de un catión desde su lugar en la red a un

espacio intersticial dejando un hueco en ella, y el defecto de Schottky generado por

una vacancia de ambos tipos de iones, ya que si sale un ion positivo, para mantener

la electronegatividad del material un ion negativo también debe salir de la red para

mantener la carga total del material (Donal R. Askland et al., 2004). Ahora que se

ha discutido estos defectos se puede discutir los parámetros de las uniones entre

materiales cerámicos y metálicos.

http://www.flokal.eu/


Figura 10. Horno de soldadura por difusión

(flokal. Engineered products)

Para la unión de estos dos tipos de materiales, debemos recordar que la energía de

activación es mayor cuanto mayor sea la temperatura de fusión del material (Donal

R. Askland et al., 2004), la cual en los cerámicos es considerablemente alta

comparada con los metales por lo cual hay un limitante en el parámetro de la

temperatura, una de las variables esenciales en la soldadura por difusión, un

método que parece ser eficiente para aliviar esta limitación es colocar un inserto

entre las superficies a unir, este inserto debe ayudar a promover el proceso de

difusión y de esta forma no será necesaria una temperatura tan elevada para que

se dé una difusión apreciable. También se debe tener en cuenta que los cerámicos

están formados por iones, y un ion que difunde solo puede ocupar un espacio que

tenga su misma carga, para llegar a este sitio el ion debe forzar los iones vecinos

que estén a su paso y moverse una distancia relativamente grande hasta la intercara

(Donal R. Askland et al., 2004). Así que si un catión sale de su posición y difunde

hacia el metal se debe cumplir con el defecto de Schottky para mantener el cerámico

eléctricamente neutro. También se debe discutir el caso contrario ya que si el que

difunde es un anión (ion con carga negativa), este tiene un tamaño mucho mayor

que los átomos de los metales, así que si un anión difunde en el metal puede crear

una gran distorsión en la red cristalina, lo que macroscópicamente se ve reflejado

en esfuerzos residuales en el material, en este caso al igual que en el anterior se

debe cumplir con el defecto de Schottky, pero es poco probable que un anión

difunda en el metal, ya que el catión con su menor tamaño posee un coeficiente de

difusión más alto que el anión, por lo cual el escenario más general es la difusión

de cationes hacia el metal. El proceso de soldadura por difusión ha sido una gran

variante para la unión de cerámicos con metales refractarios como lo son el Tántalo,

molibdeno y Titanio (N.F. Kazakov ,1985). Estos materiales resisten la oxidación a

altas temperaturas, pero cabe resaltar que la elección de estos materiales no es un


limitante, el proceso puede aplicarse a distintos tipos de metales pero se tendrá que

tener cuidado con estas oxidaciones.

4.3 Unión de materiales cerámicos-cerámicos y metal-polímero

La unión de cerámico-cerámico por difusión es un proceso análogo a la unión de

cerámico-metal, se sigue cumpliendo para esta la alta influencia de los parámetros

generales de la difusión, como lo son la temperatura, la atmosfera en la cuales

encuentran las piezas, la presión aplicada y el tiempo del proceso. Sin embargo

como ya se mencionó anteriormente la energía de activación es proporcional al

punto de fusión del material, tomando en cuenta esto y sabiendo que la gran

mayoría de los cerámicos tienen un punto de fusión relativamente alto se puede

considerar como una gran desventaja del proceso la alta cantidad de consumo

energético que se necesita para incitar el inicio de la difusión y además se le suma

a esto la pequeña cantidad de cerámicos que se pueden llegar a unir mediante este

método. Sin embargo se han desarrollado técnicas para facilitar la difusión en

estado sólido de los cerámicos, una de ellas es la de usar inserto ubicados entre las

placas del cerámico que se encarga de empezar el proceso difusivo a temperaturas

más bajas de lo que lo empezaría las dos placas cerámicas unidas directamente. Al

tener este inserto un coeficiente de difusión mayor se empezará a difundir mucho

antes que los cerámicos haciendo que este se difunda hacia los intersticios de

ambas placas uniéndose gradualmente a estas sin tener que alcanzar las

temperaturas tan elevadas a las cuales se tendría que llevar los dos cerámicos sin

él, con este tipo de insertos además de obtener un gran ahorro energético se

pueden mejorar notablemente las propiedades mecánicas de la unión. Además de

utilizar insertos se han empleado cerámicos de alta ingeniería con un punto de

fusión bajo para minimizar la energía de activación pero sin dejar de lado las

propiedades mecánicas uno de los ejemplos más notables es él Nitruro de

Silicio (Si3N4) cuyo punto de fusión es de 1900ºC al cual también se le agrega un

inserto para optimizar la difusión al momento de unirlo.

La razón por la cual este proceso es de gran utilidad se debe a qué hay técnicas

muy limitadas para la unión de cerámicos, siendo la principal la unión por adhesivos,

pero este tipo de unión tiene un gran inconveniente con los esfuerzos o cizalladura

que tienden a desgarrar la unión.

En el caso de soldadura por difusión entre un polímero y un metal, seria de cierto

modo muy difícil del pensar, ya que los metales además de tener de por si muchos

aleantes conocidos y estudiados los cambios que estos generan, Si pensáramos en

una unión metal-polímero por medio de la soldadura por difusión el gran

inconveniente que encontraríamos sería el punto de fusión tan bajo de los polímeros

http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

http://es.wikipedia.org/wiki/Nitrogeno


respecto a los metales, porqué en este proceso la temperaturas que se alcanzan

son de 0.6 a 0.8 la temperatura de fusión del material con menor punto de fusión y

la energía que se alcanza a esta temperatura en el caso Metal-Polímero no sería lo

suficientemente grande para incitar una difusión significativa y esto puede que tarde

o temprano lleve a una difusión pero para procesos industriales o aplicaciones en el

mundo real no sería la manera más viable de unir dichos elementos.

5. BIBLIOGRAFIA

Willian D. Callister Jr, 2002, Materials Science and Engineering: An Introduction, WILY,

N.F. Kazakov, 1985, Diffusion Bonding of Materials, Pergamon, United States Of America.

Donal R. Askland, Pradeep P. Phulé 2004, The Science and Engineering of Materials, Thomson, Mexico.

Shirzadi A.A., Assadi H. and Wallach E.R. (2001): Interface evolution and bond strength when diffusion bonding materials with stable oxide films, Journal of Surface and Interface Analysis, Vol 31, No. 7, pp. 609-618.

R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot, 2006, Transport Phenomena,

2nd Edition, LIMUSA WILEY, Mexico.

Nguyentat, Thinh, 2000, Diffusion Bonding An Advance Material Process For

Aerospace Technology”Material Science Forum.

ejournal ROTASI – Volume 3 Nomor 1 Januari 2001

Anomimo ,Diffusion Welding, Chapter 52

soldadura por difusion

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