Defectos Superficiales Y Movimientos Atomicos

1.3 Defectos Superficiales

Los defectos superficiales son límites de grano que tienen dos direcciones y normalmente separan regiones del material que tienen diferentes estructura cristalina y/o orientación cristalografía. Los efectos de superficie incluyen externas, límites de grano, límites de macla, defectos de apilamiento y fase.

Superficies externas

La superficie externa constituye uno de los límites más evidentes, se considera una imperfección puesto que representa el límite de la estructura cristalina, donde termina. Los átomos superficiales no están enlazados con el máximo de vecinos más próximos y, por lo tanto, están en un estado energético superior que los átomos de las preposiciones interiores. Los enlaces no realizados de estos átomos superficiales aumentan la energía superficial expresada en unidades de energía por unidad de área (J/m2 o erg/cm3). Los materiales tienden a minimizar el área total de la superficie para disminuir esta energía. Por ejemplo, los líquidos adquieren la forma que tenga área mínima: las gotas adoptan la forma esférica. Desde luego, esto no es posible en los sólidos, que son mecánicamente rígidos.

Límites de grano

Otro defecto superficial, el límite de grano, es el límite que separa dos pequeños granos o cristales que tienen diferentes orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos. En la región límite, que en realidad tiene probablemente varias distancias atómicas de ancho, hay un cierto desalineamiento en la transición desde la orientación cristalina de un grano a la del grano vecino. Son posibles varios grados de desalineamiento cristalográfico entre granos vecinos.

Cuando la diferencia de orientaciones es pequeña, del orden de unos pocos grados, se denomina límite de grano de ángulo pequeño. Estos límites se pueden describir en términos de deformación de dislocaciones. Un límite de grano de ángulo pequeño genera al alinearse dislocaciones de cuña. Este tipo de defecto se denomina límite de inclinación. Límites de grano de ángulo pequeño torsionados se generan al formarse dislocaciones helicoidales. Frecuentemente se denominan subgranos a las regiones de material separadas por límites de grano de ángulo pequeño.

A lo largo de un límite de grano, no todos los átomos están enlazados con otros átomos y, por lo tanto, existe una energía de límite de grano o interferencia similar a la energía superficial, descrita anteriormente. La magnitud de esta energía es función del grado de desorientación, siendo mayor cuanto más elevado es el ángulo del límite. Los límites de grano son, químicamente, mas reactivos que los propios granos como consecuencia de la energía de este límite. Además, los átomos de impurezas se agregan preferentemente a lo largo de los límites de grano debido a su superior estado energético. La energía superficial total es menor en materiales con grandes granos pequeños granos, ya que el área total de límite de grano es menor. A elevada temperatura los granos crecen para disminuir la energía de límite de grano total.

A pesar de esta disposición desordenada de los átomos y de la ausencia de enlace completo a lo largo de los límites de grano, un material policristalino es muy resistente; existen fuerzas cohesivas dentro y atreves de los límites. Incluso la densidad de una muestra policristalina es virtualmente idéntica a la de un monocristal del mismo material.

Límites de macla

Un límite de macla es un tipo especial de limite de grano atreves del cual existe una simetría de red especular; esto es, los átomos de un lado del límite son como imágenes especulares de los átomos del otro lado. La región de material entre estos límites se denomina macla. Las maclas se generan por desplazamientos atómicos producidos al aplicar fuerzas mecánicas cizallantes (maclas mecánicas) y también durante tratamientos térmicos de recocido posteriores a la deformación (maclas de recocido). El maclaje ocurre en un plano cristalográfico definido y en una dirección especifica, ambos dependen de la estructura cristalina. Las maclas de recocido son propias de las estructuras cristalinas FCC, mientras que las maclas mecánicas se observan en metales BCC y HC.

Otros defectos superficiales

Otros defectos superficiales son los fallos de apilamiento, limites de fase y paredes de dominios ferromagnético. Los defectos de apilamiento en FCC aparecen cuando se interrumpe la secuencia ABCABCABC . . . de apilamiento de planos de átomos compactos. Los límites de fase aparecen en materiales polifásicos

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