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   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-4-373-379

Аннотация

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). Crossref
2. S. Hong, A. C. T. van Duin. J. Phys. Chem. C. 120, 9464 - 9474 (2016). Crossref
3. L. P. H. Jeurgens, W. G. Sloof, F. D. Tichelaar, E. J. Mittemeijer. J. Appl. Phys. 92, 1649 - 1656 (2002). Crossref
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). Crossref
5. W. M. Zhong, G. L’Esperance, M. Suery. Metall. Mater. Trans. A. 26, 2625 - 2635 (1995). Crossref
6. P. N. Anyalebechi. Scr. Metall. Mater. 33, 1209 - 1216 (1995). Crossref
7. A. de Kanti, A. Mukhopadhyay, S. Sen, I. K. Puri. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 12, 389 - 405 (2004). Crossref
8. M. I. Mendelev, D. J. Srolovitz, G. J. Ackland, S. Han. J. Mater. Res. 20, 208 - 218 (2005). Crossref
9. J. Tersoff. Phys. Rev. Lett. 61, 2879 - 2882 (1988). Crossref
10. Y. M. Kim, S.-C. Kim. J. Korean. Phys. Soc. 40, 293 - 299 (2002). Crossref
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). Crossref
13. S. A. Nosé. J. Chem. Phys. 81, 511 - 519 (1984). Crossref
14. S. Plimpton. J. Comp. Phys. 117, 1 - 19 (1995). Crossref
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). Crossref
17. A. E. Galashev, O. R. Rakhmanova. High. Temp., 52, 374 - 380 (2014). Crossref
18. C. B. Alcock, T. N. Belford. Trans. Faraday Soc. 60, 822 - 835 (1964). Crossref
19. T. N. Belford, C. B. Alcock. Tran. Faraday Soc. 61, 443 - 453 (1965). Crossref
20. H. Rickert, H. Wagner. Electrochim. Acta. 11, 83 - 91 (1966). Crossref
21. S. Otsuka, Z. Kozuka. Met Trans B. 10, 565 - 574 (1979). Crossref
22. A. Kishimoto, A. Wada, T. Michimoto, T. Furukawa, K. Aoto, T. Oishi. Met. Trans. B. 47, 122 - 128 (2006). Crossref

Другие статьи на эту тему