Molecular dynamics simulation of Pb, Mg and Pb-Mg alloys by modified embedded-atom method

Pb-Mg alloys have attracted attention in the metallurgical industry owing to their high electrode potential and lightweight characteristics. However, predicting their solid-liquid phase transition behaviour and component activity remains challenging. In this study, a modified embedded atom method (MEAM) combined with a molecular dynamics (MD) simulation is used to reveal the phase transition characteristics and microscopic mechanism of Pb-Mg alloys. The results show that the prediction deviations for the solid-liquid phase transition temperatures of Pb and Mg are less than 2%. The mixing enthalpy of Pb-Mg alloys shows significant negative deviations, which confirms that the strong interaction of the Pb-Mg atom pairs is dominant in the Pb-Mg liquid alloys. The change rule of the first coordination number in the phase transition process is obtained through analysis of the radial distribution function (RDF). This reveals the dynamic evolution of the degree of order of the system. The MEAM is extended to calculate the component activities of liquid alloys. The model based on the mixing enthalpy and Gibbs-Duhem equation can directly obtain the component activities without relying on experiments. The results provide a theoretical basis and data support for the optimisation of related alloy metallurgical processes. Les alliages de Pb-Mg ont retenu l'attention de l'industrie m & eacute;tallurgique en raison de leur grand potentiel comme & eacute;lectrode et de leurs caract & eacute;ristiques de l & eacute;g & egrave;ret & eacute;. Cependant, pr & eacute;dire leur comportement lors de la transition de phase solide-liquide et l'activit & eacute; de leurs composants reste un d & eacute;fi. Dans cette & eacute;tude, on utilise une m & eacute;thode modifi & eacute;e des atomes int & eacute;gr & eacute;s (MEAM) combin & eacute;e & agrave; une simulation de dynamique mol & eacute;culaire (MD) pour r & eacute;v & eacute;ler les caract & eacute;ristiques de transition de phase et le m & eacute;canisme microscopique des alliages de Pb-Mg. Les r & eacute;sultats montrent que les & eacute;carts de pr & eacute;diction pour les temp & eacute;ratures de transition de phase solide-liquide du Pb et du Mg sont inf & eacute;rieurs & agrave; 2%. L'enthalpie de m & eacute;lange des alliages de Pb-Mg montre des & eacute;carts n & eacute;gatifs significatifs, ce qui confirme que l'interaction forte des paires atomiques Pb-Mg est dominante dans l'alliage liquide Pb-Mg. La r & egrave;gle du changement du premier nombre de coordination dans le proc & eacute;d & eacute; de transition de phase est obtenue par l'analyse de la fonction de distribution radiale (RDF). Celle-ci r & eacute;v & egrave;le l'& eacute;volution dynamique du degr & eacute; d'ordre du syst & egrave;me. La MEAM est & eacute;tendue au calcul de l'activit & eacute; des composants des alliages liquides. Le mod & egrave;le bas & eacute; sur l'enthalpie de m & eacute;lange et l'& eacute;quation de Gibbs-Duhem permet d'obtenir directement les activit & eacute;s des composants sans s'appuyer sur des exp & eacute;riences. Les r & eacute;sultats fournissent une base th & eacute;orique et des donn & eacute;es pour l'optimisation des proc & eacute;d & eacute;s m & eacute;tallurgiques d'alliages associ & eacute;s.