利用座滴技术与密度泛函导出的Hamaker常数探究液态铁在耐火氧化物上的润湿性
材料科学
2025-04-08 v1
摘要
液态铁与固态氧化物（如氧化铝、氧化钙、氧化镁、二氧化硅和氧化锆）的宏观相互作用体现了高温冶金过程的行为与效率。这些氧化物具有双重作用，既是浸入式水口耐火材料的组成部分，也是熔体中非金属夹杂物的显著成分。因此，理解液态金属与氧化物之间的物理化学相互作用对于解决水口堵塞问题以及优化铸铁和钢的生产至关重要。本文提出了一种描述这些相互作用的方法，将在密度泛函理论中计算得到的材料介电响应与Casimir-Lifshitz色散力相结合，以生成Hamaker常数。该方法提供了对铁在这些耐火氧化物上润湿性的全面理解，揭示了分子性质与宏观性质之间的复杂关系。我们通过室温X射线衍射证实了理论确定的晶体结构，并在1823 K温度下利用座滴系统验证了液态铁在氧化物上的接触角。作为对比，我们还展示了液态锡铋合金对这些氧化物的润湿性。这些发现对于推进冶金科学中界面相互作用的基础理解至关重要，并对推动更高效、更可靠的炼钢工艺的发展具有关键作用。
引用
@article{arxiv.2501.09614,
title = {Exploring the wettability of liquid iron on refractory oxides with sessile drop technique and density-functional derived Hamaker constants},
author = {Sudhanshu Kuthe and Mathias Boström and Wen Chen and Björn Glaser and Clas Persson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.09614},
year = {2025}
}