Difüzyon nedir? Difüzyon türleri ve difüzyon mekanizmaları nelerdir?

Difüzyon nedir? Difüzyon özellikleri nelerdir?

Atomsal yayınım olarak da isimlendirilen difüzyon; ısı etkisi altında bir malzemeye ait atomların bir denge konumundan diğerine atlayarak yaptıkları harekete difüzyon denir.

Atomların hareketleri ısıl enerji etkisinde oluşur ve iki aşamalıdır. Birinci aşamada, ısıl etki ile atomların kendi denge konumları çevresindeki küçük titreşim hareketleri, ikincisi ise yine aynı etki ile bir denge konumundan diğerine atlayarak yaptıkları uzak mesafe hareketleridir. Homojen malzemelerde tamamıyla aynı olan parçacıkların difüzyonunda kütle taşınması görülmezken, homojen olmayan malzemelerdeki difüzyon etmelerine neden olduğundan daha çok önem arz etmektedir. Difüzyon, bir konsantrasyon gradyanından hareket eder. Yani moleküller, yüksek olduğu bir bölgeye transfer olur. En hızlı difüzyon gazlarda görülürken sıvılarda ise difüzyon daha yavaş gerçekleşmektedir. Katılardaki difüzyon genellikle kristal kafes kusurları sayesinde gerçekleşir. Katı malzemelerde meydana gelen difüzyon gaz ve sıvılardaki difüzyondan çok daha yavaştır.

Difüzyon türleri

1. Kendi kendine difüzyon
2. Hacim difüzyonu
3. Yüzey difüzyonu
4. Ara difüzyonu
5. Tane sınırı difüzyonu

1. Kendi kendine difüzyon: Homojen malzemelerde aynı tür malzemeye ait atomların yer değiştirmesi sonucunda oluşan difüzyon türüdür.

2. Hacim difüzyonu:  Kütle malzemelerde atom hareketlerinin neden olduğu difüzyon türüdür.

3. Yüzey difüzyonu: Bir fazın yüzeyi boyunca atom yayınımının görüldüğü difüzyon türüdür.

4. Ara difüzyonu: Bakır-nikel alaşım sistemindeki gibi iki metal alaşımı arasında meydana gelen difüzyon türüdür.

5. Tane sınırı difüzyonu: Yalnız tane sınırları boyunca atom yayınımının görüldüğü difüzyon türüdür.

Difüzyon mekanizmaları

1. Boşluk difüzyonu
2. Ara yer difüzyonu
3. Halka difüzyonu
4. Kendi kendine difüzyon

1. Boşluk difüzyon mekanizması: Bir atomun komşu boşluğu doldurmak amacıyla kendi kafesindeki yerini terk ederek yayınması olayına boşluk difüzyonu denir. Atom kendi kafes noktasını terk ettiği için eski yerinde yeni bir boşluk oluşmaktadır. Kristal yapı içerisindeki atom boşluğu sayısının fazlalığı difüzyonu kolaylaştırarak boşluk difüzyon mekanizmasını etkin kılmaktadır. Metal malzemelerde yüksek sıcaklıklarda atom boşluklarının oluşma olasılığı daha fazladır.

2. Ara yer difüzyon mekanizması: Kristal yapı içerisindeki küçük bir ara yer atomunun bir ara yerden diğer bir ara yere hareket etmesi sonucu oluşan yayınmaya ara yer difüzyonu denir. Ara yer difüzyonunun gerçekleşmesi için boşluklara gerek yoktur. Hidrojen, karbon, azot, oksijen ve bor gibi atom yarıçapları küçük atomlar ara yer atomudur ve metaller kristaller içerisinde ara yer difüzyon mekanizması ile yayınırlar. Ara yer atomlarının yarıçapları küçük ve bu atomların hızlı harekett etmesinden dolayı ara yer difüzyonu boşluk difüzyonundan daha hızlı gerçekleşmektedir. Karbon, hacim merkezli kübik yapıya sahip demir kristali içerisinde ara yer difüzyon mekanizmasıyla yayınır.

3. Halka difüzyon mekanizması: Birbirine temas halinde bulunan atomlar aynı anda ve aynı yönde hareket ederek birbirlerinin yerlerini almasıyla oluşan yayınma mekanizmasına halka difüzyonu denir. Bu difüzyon karşılıklı iki atom arasında yer değişimi şeklinde oluşabileceği gibi, atom grupları arasında halka şeklinde yer değişimi şeklinde de gerçekleşebilir. Halka difüzyonunun oluşması için büyük bir enerjiye ihtiyaç vardır. Dolayısıyla halka difüzyonu ancak ergime sıcaklığına yakın bölgelerde gerçekleşebilir. Halka difüzyonu oluşumunun olasılığı, ara yer ve boşluk difüzyonuna nazaran daha düşüktür.

4. Kendi kendine difüzyon mekanizması: Kendi kendine difüzyon saf katı malzemelerde görülür. Bu difüzyon mekanizmasında, saf katı malzemelere ait atomlar kendi kafes pozisyonlarından başka kafes pozisyonlarına hareket ederek yayınırlar. Saf Ni⁵⁹ izotopunun difüzyonu örnek olarak gösterilebilir.