Molecular dynamics study of transition from liquid aluminum into amorphous solid state is carried out. Aluminum is described by a form of embedded atom method potential. The system was first equilibrated at T = 1500 K, which is above the melting temperature of aluminum. Then the velocities of atoms were gradually rescaled until the system reached T = 300 K. Influence of cooling rate on the final state of the system is studied. MD simulations were held for cooling rates from 1010 K/s to 1013 K/s. At cooling rates below 1010 K/s the melt eventually crystallizes. At higher cooling rates the melt freezes into an amorphous structure. Structural analysis of amorphous aluminum based on radial distribution function of atoms is performed. Splitting of the second peak is used as a criterion for the amorphous structure. The results show the vitrifying temperature and final pressure in glass depends on cooling rate. At cooling rate higher than 1013 K/s the final amorphous state is nonequilibrium and relaxation time is approximately 100 ps. Equation of state hysteresis takes place during cooling and heating. Phase transition from amorphous to solid state can take place at higher temperatures (800 − 900 K). The results are compared with the common data.
molecular modeling, material science, glass transition, crystallization, metglassy, metastable states
В данной работе с помощью метода молекулярной динамики (МД) рассматривается влияние скорости охлаждения на положение точки стеклования расплава алюминия. Для МД моделирования алюминия используется потенциал погруженного атома. Рассматривается режим охлаждения при постоянном объеме. При этом используется изменение парной корреляционной функции, как критерий, различающий стекло и переохлажденный расплав. Определены диапазоны скоростей охлаждения, при которых наблюдается стеклование расплава, критическая скорость охлаждения ~ 1010 K/с. Показано, что температура стеклования повышается с увеличением скорости охлаждения, но при скоростях охлаждения ниже 1012 K/с остается практически постоянной. Аморфное состояние является неравновесным и время релаксации давления при 300 K составляет 100 пс. Аморфное состояние может переходить в кристаллическое при температурах вблизи точки стеклования. При низких температурах кристаллизация не происходит в связи с низкой подвижностью атомов.
молекулярное моделирование, материаловедение, стеклование, кристаллизация, метглассы, метастабильные состояния
