Al液诱导凝固过程的分子动力学模拟

作者：余熔刚; 赖琴梅; 汪昊; 吴永全^*

来源：上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(02): 216-226.

• 诱导凝固
• 吉布斯-汤姆森效应
• 固液界面能
• 分子动力学模拟

采用分子动力学(molecular dynamics,MD)方法模拟了嵌入不同半径(0.37～2.4 nm)固态Al晶核的Al液诱导凝固过程.结果表明,体系临界温度和嵌入晶核半径的倒数呈线性关系,符合吉布斯-汤姆森(Gibbs-Thomson,G-T)效应,得到的G-T系数Γ为1.4×10-7K·m,体材料熔点Tmbulk为(985.36±11.25)K.借助Γ计算出固液界面能为(140.35±9.05) mJ/m2,与通过毛细波动法获得的149 mJ/m2比较接近,再次证实了Turnbull的实验值(93 mJ/m2)较低.外推得到诱导凝固失效半径为0.91 nm,此时体系温度已达到临界温度极限值.在该极限值下,体系可以自发形核,孕育时间呈现随机性,微观结构表现为不稳定的层错互相交织.在有效晶核尺寸范畴内,孕育时间随嵌入晶核半径的增大而增加,长大速度却随半径的增大而降低,微观结构是稳定的lamellar结构.

• 单位
  上海大学