شبيه سازي ديناميك مولكولي فرايندهاي ذوب، انجماد و ذوب مجدد آلومينيوم : بررسي در مقياس اتمي

Molecular dynamics simulation of melting, solidification and remelting of Aluminum: atomic-scale study

در اين پژوهش ، فرايندهاي ذوب، انجماد و ذوب مجدد آلومينيوم به روش شبيه سازي ديناميك مولكولي بررسي شده است. سه نرخ تغيير دما (فرمول در متن اصلي مقاله) براي شبيه سازي فرايندها در نظر گرفته شد. ساختار كريستالي سيستم در طي فرايندهاي مختلف با استفاده از تابع پراكندگي شعاعي بررسي شد. دماي ذوب و انجماد آلومينيوم تويط تغييرات انرژي سيستم تعيين شد. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه دماي ذوب با افزايش نرخ افزايش دما، افزايش مي يابد. در طي فرايند انجماد ساختار كريستالي يا شبه آمورف مي تواند تشكيل شود كه اين ساختار وابسته به ترخ كاهش دماست. در فرايند ذوب مجدد، جامد آمورف در نرخ گرم كردن كمتر از 10(14K/s) همراه با تحول كريستالي شدن ساختار است. همچنين، بررسي دماي ذوب مجدد نشان داد كه دماي ذوب وابسته به مقدار كريستالي بودن ساختار سيستم است.

A molecular dynamics simulation study has been performed to investigate the solidification and remelting of aluminum using Sutton-Chen many body potential. Three different cooling and heating rates, i.e. 1012 K/s, 1013 K/s and 1014 K/s, were used. The structure of the system was examined using radial distribution function. The melting and crystallization temperatures of aluminum were evaluated using the internal energy of the system. It is shown that melting temperature of aluminum increases as the heating rate increases. During solidification, crystalline or amorphous-like structure is formed depends on the cooling rate. Remelting of the amorphous solidified material is accompanied with crystallization before melting at heating rates <1014 K/s. The melting temperature also depends on the degree of structural crystallinity before remelting.