Figura 2.12: O efeito Kirkendall.
Considere o experimento da Figura 2.12, onde são mostrados dois blocos de materiais A e B unidos entre si. Na interface entre os dois blocos são colocados marcadores feitos de um material cujas propriedades que não são alteradas pela temperatura do ensaio. Este conjunto é chamado de par de difusão. O bloco é colocado no forno em temperatura apropriada e, após certo tempo, observam-se a migração dos marcadores da interface e o aparecimento de vazios no lado de B. Este efeito foi observado primeiramente em materiais metálicos, em 1947, por Kirkendall1, que usou o cobre (A) e o latão (B), e é geralmente considerado como uma evidência do mecanismo de lacunas para que a difusão ocorra. Até o trabalho de Kirkendall acreditava-se que a difusão em metais ocorria por processos de troca direta ou pelo mecanismo de anel (veja na figura 2.13 de maneira que houvesse uma equalização dos fluxos em ligas binárias. Mas Kirkendall encontrou diferenças nos fluxos para a difusão do zinco (Zn) e do cobre (Cu) no par de difusão cobre-latão (70% Cu-30% Zn).
A explicação para esta desigualdade é a grande diferença na velocidade de difusão, havendo um transporte real de massa e de vazios através da interface original A—B, ou seja, ocorre alto fluxo de lacunas para a direita e a movimentação de átomos de B para a esquerda.
O Efeito Kirkendall mostra que a interdifusão em ligas binárias (com um único coeficiente D) consiste de duas classes de movimento, a dos átomos de A e a dos átomos de B. O estudo feito pelo pesquisador norte-americano L. Darken, em 1948, resultou na seguinte expressão, conhecida como Equação de Darken:
\[D = X _ {B} D _ {A} + X _ {A} D _ {B} \tag{2.14} \]
em que XB, XA e são as frações molares de B e A na liga em questão, DA é o coeficiente de difusão de A em B puro e DB o coeficiente de difusão de B em A puro.
1Ernest O. Kirkendall (1914-2005), metalurgista norte-americano que estudou a interdifusão em pares metálicos cobre (Cu)-latão (70% Cu-30% Zn). Estes estudos evidenciaram as diferenças (o efeito Kirkendall) de fluxo atômico numa liga binária.
