铝和铝合金具有抗腐蚀,易于加工,强度高,密度低等优良性能,在船舶和海洋工程装备有大量应用。但是由于铝和铝合金材料本身的不均匀性和环境的不均匀性,会引起局部腐蚀,从而导致基础设施故障和服务中断,在更严重时会损伤设施的结构,缩短设施的使役寿命。环境中引起铝和铝合金腐蚀的主要因素是因为氯离子等侵蚀性离子的存在,研究铝合金的腐蚀微观机理有助于提升和改进其抗腐蚀能力,延长服役寿命。长期以来,有关金属材料腐蚀的研究大多数是通过实验进行的。但是其腐蚀过程中所产生的复杂的生成产物很难全部被表征出来。本文是利用反应力场分子动力学从原子尺度去研究铝合金微观腐蚀机理,阐明金属材料与环境的相互作用、化学键的断裂和形成、表面的缺陷和扩散等与腐蚀的关系。第一章介绍了铝和铝合金腐蚀的背景和依据。铝和铝合金因其优异性能在船舶和海洋工程装备中有广泛应用。但是海洋环境苛刻,会引发材料腐蚀。本章概括了环境中单一变量因素对海洋金属材料腐蚀行为的研究现状,并提出了几个有关铝的腐蚀的可行研究方向。第二章介绍了分子动力学和密度泛函理论的简介。本章从基本原理、运算方法、模拟模型等方面对所选取的分子动力学反应力场势函数进行了介绍,最后简介了密度泛函理论的基本原理。第三章开发铝和氯化钠水溶液体系的反应力场模型,对于模型参数拟合采用多目标模拟退火算法。氯化钠水溶液和氯化铝反应力场主要包含元素有Al、O、H、Cl和Na等。使用DFT和Reax FF方法对H、O和OH等离子在铝基体的表面的吸附能进行计算,结果表明Reax FF计算得到的吸附能与第一性原理计算的相符。然后基于多目标模拟退火算法在已知Al/O/H参数集、Cl/O/H参数集、Na/O/H参数集的基础上找到的全局最优Al/O/H/Cl/Na参数集,成功拟合了原子对Al-Cl、Al-Na和Na-Cl等的结合能和化合角Cl-Al-Cl、O-Al-Cl、Al-Cl-Al、Al-Al-Cl等的离解能。第四章主要研究氧气和水分子等氧化性物质与纯铝表面的相互作用,这是研究铝和铝合金氧化或腐蚀的第一步。铝的三个表面在纯水中的稳定性从高到低依次为Al（111）＞Al（100）＞Al（110）;在引入相同强度电场时,铝的三个表面所形成的氧化铝结构从多到少依次为Al（110）＞Al（100）＞Al（111）;在相同表面时,所形成的氧化铝结构的数量随电场强度的增加而增加;在水溶液中加入氧气时,Al（100）面所产生的氧化铝结构明显少于Al（110）面,Al（111）的最少。上述结果说明电场、面指数和氧气的浓度均影响了Al在水溶液中的氧化程度。第五章主要研究铝的表面非晶化与氯化钠水溶液之间的相互作用和氧化铝的晶体表面与氯化钠水溶液之间的相互作用。氯离子会吸附在铝的表面的非晶化后的氧化膜上,当氯化钠的浓度超过一定值时,氯离子会扩散到Al（100）和Al（110）表面非晶化后的氧化膜的内部,并使其内部的铝基体结构发生变化,Al（111）表面内部的铝基体结构表现很稳定,铝的三个表面非晶后所形成的稳定性从低到高依次为Al（110）＜Al（100）＜Al（111）,在相同表面时,其表面的非晶氧化膜的稳定性随着电场强度的增加而减弱。氧化铝的晶体表面在氯化钠水溶液中很稳定。上述结果说明电场、面指数和氯化钠浓度影响了铝的表面非晶化后在氯化钠水溶液中的稳定性。