rajapinnadiffuusio

Rajapinnadiffuusio tarkoittaa difuusion muotoa, jossa massansiirtäminen tapahtuu pääasiassa materiaalin rajapinnoilla. Tyypillisiä rajapintoja ovat faasirajat (vaiheet rakeiden välillä) polykrystalline kappaleissa sekä muut ohuet rakennetta rikkovat tai epäjatkuvat rajat, kuten monifiasisten kerrosten rajat. Rajapinnoilla diffuusion nopeudet ovat usein suuremmat kuin kappaleen sisällä tapahtuvan lattialdiffuusion nopeudet, koska rajapinnoilla atomien ympärillä on suurempi rakenteellinen epäjatkuvuus ja alhaisemmat energiatilojen erot diffuision toteutumiselle. Tämän seurauksena rajapinnadiffuusio voi hallita massansiirtoa erityisesti matalilla ja keskikorkeilla lämpötiloilla.

Teoria ja mittaukset: Rajapinnadiffuision kuvaamiseen käytetään usein mukautettuja Fickin lakeja, joissa diffuusion kerroin Dgb kuvaa rajapinnoilla tapahtuvaa diffuusiota. Dgb:n arvo on tyypillisesti suurempi kuin lattialdiffuision koefficientti Dv, ja sen aktivaatioenergia Qgb on pienempi kuin lattian diffuusion aktivaatioenergia Qv. Eri mallit, kuten Coble-malli grain boundary diffusionille, ovat keskeisiä monien polykrystalisten materiaalien rajapinnadiffuusion ymmärtämisessä.

Merkitys ja sovellukset: Rajapinnadiffuusio vaikuttaa merkittävästi sinntrausprosesseihin, mikrorakenteen kehitykseen, epäjatkuvuuksien kasvuun sekä korkeissa lämpötiloissa tapahtuvaan aineiden kulkeutumiseen. Se on tärkeä tekijä metallien ja keramiikoiden lujuudessa, lujuuden ikääntymisessä ja korroosion sekä pinnoitteiden muodostumisen dynamiikassa. Mittauksissa käytetään usein tracer-diffuusion menetelmiä radioisotooppien avulla sekä lämpötilainstanssien analyysiä diffuusion aktivaatioenergiaan ja pre-exponentiaaliseen tekijään liittyen.