Компьютерное моделирование движения кислорода, сопровождающее производство алюминия

Получена: 11 июля 2017; Исправлена: 11 сентября 2017; Принята: 24 сентября 2017
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.Е. Галашев, О.Р. Рахманова. Компьютерное моделирование движения кислорода, сопровождающее производство алюминия. Письма о материалах. 2017. Т.7. №4. С.373-379
BibTex   DOI: 10.22226/2410-3535-2017-4-373-379

Аннотация на русском языке

В молекулярно-динамическом расчете исследовано движение ионов кислорода в алюминиевом расплаве под действием постоянного электрического поля при температуре Т = 1233 К.  Ионы кислорода проходят через расплав с различной скоростью и интенсивностью в зависимости от их концентрации.Методом молекулярной динамики изучено поведение ионов кислорода в расплаве алюминия под действием постоянного электрического поля. Скорость движения ионов кислорода O2- от графитовой стенки к поверхности расплава возрастает, а время, когда первый ион достигает поверхности уменьшается с ростом концентрации ионов O2-. В случае малых концентраций ионов кислорода, на поверхности алюминиевого расплава чаще всего образуются небольшие кластеры, содержащие по несколько ионов кислорода. Когда же число ионов O2- составляет 90, формируются вертикальные цепочки атомов кислорода, протянувшиеся снизу вверх вдоль молекулярно-динамической ячейки. Траектория движения ионов кислорода нетривиальна. Перед тем, как достигнуть поверхности расплава, ион совершает случайные движения в окрестности основания ячейки. Затем, достигнув поверхности, он случайным образом начинает перемещаться в тонком приповерхностном слое ячейки. Коэффициент самодиффузии атомарного алюминия и внутренняя энергия расплава алюминия возрастают, в то время как коэффициент самодиффузии ионов кислорода уменьшается с ростом концентрации ионов в системе. Интенсивность пиков парциальной функции радиального распределения возрастает с ростом концентрации ионов кислорода в расплаве. Картина конечного местоположения ионов может быть прямо противоположной в зависимости от граничных условий, действующих в системе, и порядке их применения. При воздействии свободных граничных условий для системы, содержащей 90 ионов кислорода, давление, создаваемое ионами кислорода, оказывается достаточным, чтобы вытеснить алюминиевый расплав. В этом случае кислородный пузырь поднимается со дна молекулярно-динамической ячейки по расплавленному алюминию.

Ссылки (22)

1.
S. Hasani, M. Panjepour, M. Shamanian. Oxid. Met. 78, 179 – 195 (2012). DOI: 10.1007/s11085‑012‑9299‑1
2.
S. Hong, A. C. T. van Duin. J. Phys. Chem. C. 120, 9464 – 9474 (2016). DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b00786
3.
L. P. H. Jeurgens, W. G. Sloof, F. D. Tichelaar, E. J. Mittemeijer. J. Appl. Phys. 92, 1649 – 1656 (2002). DOI: 10.1063/1.1491591
4.
D. Krewski, R. A. Yokel, E. Nieboer, D. Borchelt, J. Cohen, J. Harry, S. Kacew, J. Lindsay, A. M. Mahfouz, V. Rondeau. J. Toxicol Environ Health B Crit Rev. 10, 1 – 269 (2007). DOI: 10.1080/10937400701597766
5.
W. M. Zhong, G. L’Esperance, M. Suery. Metall. Mater. Trans. A. 26, 2625 – 2635 (1995). DOI: 10.1007/BF02669420
6.
P. N. Anyalebechi. Scr. Metall. Mater. 33, 1209 – 1216 (1995). DOI: 10.1016 / 0956-716X(95)00373-4
7.
A. de Kanti, A. Mukhopadhyay, S. Sen, I. K. Puri. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 12, 389 – 405 (2004). DOI: 10.1088/0965-0393/12/3/003
8.
M. I. Mendelev, D. J. Srolovitz, G. J. Ackland, S. Han. J. Mater. Res. 20, 208 – 218 (2005). DOI: 10.1557/JMR.2005.0024
9.
J. Tersoff. Phys. Rev. Lett. 61, 2879 – 2882 (1988). DOI: 10.1103/PhysRevLett.61.2879
10.
Y. M. Kim, S.‑C. Kim. J. Korean. Phys. Soc. 40, 293 – 299 (2002). DOI: 10.3938/jkps.40.293
11.
R. B. Bird, W. F. Stewart, E. N. Ligthfoot. Transport Phenomena. New York, Wiley. (2002) 866 p.
12.
A. E. Galashev. Tech. Phys. 59, 467 – 473 (2014). DOI: 10.1134/S1063784214040112
13.
S. A. Nosé. J. Chem. Phys. 81, 511 – 519 (1984). DOI: 10.1063/1.447334
14.
S. Plimpton. J. Comp. Phys. 117, 1 – 19 (1995). DOI: 10.1006/jcph.1995.1039
15.
F. Kargl, E. Sondermann, H. Weis, A. Meyer. High Temp. High Press. 42, 3 – 21 (2013).
16.
Y. Rosenfeld. J. Phys. Condens. Matter. 11, 5415 – 5427 (1999). DOI: 10.1088/0953-8984/11/28/303
17.
A. E. Galashev, O. R. Rakhmanova. High. Temp., 52, 374 – 380 (2014). DOI: 10.1134/S0018151X14030110
18.
C. B. Alcock, T. N. Belford. Trans. Faraday Soc. 60, 822 – 835 (1964). DOI: 10.1039/TF9646000822
19.
T. N. Belford, C. B. Alcock. Tran. Faraday Soc. 61, 443 – 453 (1965). DOI: 10.1039/TF9656100443
20.
H. Rickert, H. Wagner. Electrochim. Acta. 11, 83 – 91 (1966). DOI: 10.1016/0013-4686(66)85009-0
21.
S. Otsuka, Z. Kozuka. Met Trans B. 10, 565 – 574 (1979). DOI: 10.1007/BF02662559
22.
A. Kishimoto, A. Wada, T. Michimoto, T. Furukawa, K. Aoto, T. Oishi. Met. Trans. B. 47, 122 – 128 (2006). DOI: 10.1007/BF02662559