Formation and growth kinetics of the initial amorphous oxide film on the aluminum melt: A ReaxFF molecular dynamics simulation

雷亚克夫 分子动力学 无定形固体 成核 材料科学 扩散 合金 氧化物 化学工程 化学物理 化学 热力学 结晶学 计算化学 冶金 有机化学 物理 原子间势 工程类
作者
Junping Qian,Peiru Zheng,Yingjie Ma,Xingfan Zhang,Jen-Fa Huang,Di Zhang,Zhichao Li,Yanyan Jiang,Weikang Wu,Hui Li
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier]
卷期号:220: 112035-112035 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.commatsci.2023.112035
摘要

Understanding on oxidation is critical for the improvement of aluminum melt quality which determines the properties of the aluminum alloy processed by casting. However, the oxidation mechanism of aluminum melt is still unclear in atomistic scale. In this work, we performed reactive molecular dynamics simulation to investigate the oxidation mechanism of aluminum melt on an atomic scale. Our results focus on the island-like nucleation on the melt surface and the following growth of the oxide film. The oxide grows via ion diffusion and the diffusion of O anions plays a greater effect. The evolution of the diffusion coefficient indicates an island-by-layer growth on the aluminum melt. Kinetically, the oxide growth obeys a linear law during the nucleation stage and switches to a logarithmic law after a closed oxide film forms. Besides, we emphasize the effect of oxygen content and ambient temperature on the formation of oxides. Our research can provide insights into the atomic-scale oxidation mechanism of aluminum melt which contributes to the better design for anti-oxidation methods during casting and the oxide-based functional materials.
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