Simulación computacional de nanoaleaciones de Zn-Mg, de interés en el campo de la corrosión

Abstract

Las nanoaleaciones de ZnMg ricas en Zn se han posicionado como unas de las más prometedoras en la creación de materiales efectivos como revestimientos anti-corrosión. Este trabajo de fin de grado se centra en la simulación y el análisis del proceso de oxidación de una configuración previamente determinada de la nanoaleación de Zn31Mg8, para relacionarla con el fenómeno de la corrosión. Para ello, la investigación se divide en dos partes. La primera de ellas consiste en el estudio de la primera fase de la corrosión, en la que se empieza a formar la capa inicial de óxido que va a condicionar el rendimiento posterior del agregado. La búsqueda del estado fundamental se lleva a cabo mediante un método de optimización local ab-initio, basado en la teoría del funcional de la densidad y con el programa de simulación de dinámica molecular SIESTA. Las tendencias estructurales y energéticas de los estados fundamentales y excitados son analizadas tanto de forma cualitativa como cuantitativa, con el apoyo de distintos parámetros como el radio medio del agregado o su energía de adsorción, entre otros. La segunda parte de la investigación consiste en el análisis de la nanoaleación oxidada en fases más avanzadas. Para ello, se emplea un método de optimización global, basado en la utilización de potenciales de redes neuronales entrenados en la resolución de este tipo de problemas, y en el algoritmo computacional basinhopping. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran un conjunto de tendencias positivas en la formación de la capa de óxido, y constituyen un primer paso en el estudio del comportamiento de este tipo de nanoaleaciones como protectores de la corrosión.

Zn-rich ZnMg nanoalloys have positioned themselves as one of the most promising options in the development of effective materials as anti-corrosion coatings. This BSc thesis focuses on the oxide process simulation and analysis of a previously determined Zn31Mg8 nanoalloy configuration, in order to link it to corrosion phenomena. To that end, research is divided in two parts. The first one consists in an initial corrosion phase study, in which the first oxide layer begins to form, which can determine later cluster performance. Ground state configuration is calculated by an ab-initio local optimisation method, based on density functional theory and the molecular dynamic simulation program SIESTA. Structural and energetic trends of ground and excited states are qualitatively and quantitatively analysed, with the support of several parameters as cluster mean radii, adsorption energy, etc. The second part of this research consists in analysing the oxidized nanoalloy in more advanced phases. For that purpose, a global optimisation method is employed, based on neural network potentials trained to resolve this type of problems, and on the basin-hopping computational algorithm. Results achieved in this research show a positive set of tendencies related to the oxide layer formation, and constitute a first step on the efficiency study of this type of nanoalloys as corrosion protectors.