В 2020 г. Институт металлургии УрО РАН отмечает 65-летний юбилей со дня своего образования как самостоятельного научного учреждения. Однако история создания Института своими корнями уходит еще в начало 30-х годов прошлого века, когда одновременно с организацией Уральского филиала Академии наук СССР (далее – УФАН СССР) зарождались первые лаборатории, направленные на решение теоретических и практических вопросов металлургического производства. В 1937 г. в составе УФАН СССР была создана лаборатория цветных металлов и обогащения (в дальнейшем -металлургических процессов цветной металлургии), а в 1938 г. лаборатория металлургических процессов черной металлургии. В 1939 г. на базе образованной            в 1936 г. группы редких элементов была создана лаборатория аналитической химии.       Также в 1930 г. в Уральском физико-химическом институте была организована лаборатория кинетики и катализа, которая в дальнейшем была переименована в лабораторию статики и кинетики металлургических процессов. Все эти лаборатории впоследствии стали основой Института металлургии и по настоящее время продолжают работать в его составе. С 1939 г. лаборатории металлургического профиля находились в составе Института металлофизики, металловедения и металлургии УФАН СССР,           а в 1945 г. были переданы в состав Химического института, который был переименован в Институт химии и металлургии УФАН СССР. Согласно постановлению № 31 от 14 января      1955 г. «О мероприятиях по дальнейшему развитию Уральского филиала Академии наук СССР» из Института химии и металлургии УФАН СССР был выделен Отдел химии, а сам Институт был переименован в Институт металлургии УФАН СССР.

                   В период с 1955 по 1967 годы Институт металлургии УФАН СССР последовательно возглавляли д.т.н., профессор В.В. Михайлов, к.т.н. В.П. Ревебцов, к.т.н. Б.З. Кудинов, которые внесли большой вклад в развитие научных исследований и материально-технической базы Института. На протяжении тридцати лет – с 1967 по 1998 год директором Института металлургии УрО РАН был академик РАН Н.А. Ватолин – крупный ученый с мировым именем, высококвалифицированный специалист в области физической химии металлургических процессов, руководитель научной школы металлургов-физикохимиков по изучению структуры и физико-химических свойств металлических и шлаковых расплавов. В этот период окончательно сформировалась современная научная тематика Института, а также произошло его становление как одного из ведущих академических учреждений страны. Академик Н.А. Ватолин был инициатором создания журнала журнала «Расплавы», публикующего материалы, посвященные проблемам высокотемпературной физической химии и электрохимии металлических, оксидных и солевых расплавов, его основателем и в течение 20 лет, с 1987 по 2018 год, являлся его бессменным главным редактором.

          С 1998 по 2008 год Институт возглавлял академик РАН Л.И. Леонтьев – крупный ученый в области разработки теоретических основ и схем безотходной комплексной переработки полиметаллического железорудного сырья, руководитель научной школы этого направления. При нем в Институте получили дальнейшее развитие теоретические и прикладные исследования, сохранялись сложившиеся научные школы, проводились изменения в организационной структуре, уделялось значительное внимание вопросам инновационной политики. В период с 2008 по 2010 год обязанности директора Института исполнял член-корреспондент РАН Э.А. Пастухов – известный ученый, специалист в области физической химии высокотемпературных металлических и ионных расплавов. С 2010 по 2015 год директором Института являлся известный ученый в области металлургии тяжелых цветных металлов, д.т.н. Е.Н. Селиванов, который возглавлял Институт в непростое для академической науки время, уделял большое внимание инновационной деятельности, глубине проработки научных исследований, привлечению в Институт молодых ученых и аспирантов. В период с 2015 по 2018 год обязанности директора Института исполнял к.т.н. Ю.А. Чесноков – специалист в области математического моделирования процессов в металлургических агрегатах и комплексного использования железорудного сырья. С августа 2018 г. и по настоящее время Институтом руководит академик РАН, д.ф.-м.н., профессор А.А. Ремпель – крупный ученый, специалист в области физической химии и материаловедения, широко известный как в России, так и за рубежом.

             В настоящее время основными научными направлениями деятельности Института металлургии УрО РАН являются развитие физико-химических основ высокотемпературных процессов в черной и цветной металлургии, а также разработка и исследование новых функциональных и конструкционных материалов с повышенными эксплуатационными свойствами. Институт является одним из ведущих научно-исследовательских учреждений Урала и лидером в проведении исследований в области термодинамики, кинетики и механизмов высокотемпературных металлургических реакций, характерных для металлургических процессов. Ему принадлежит значимая мировая роль в области комплексной переработки минерального и техногенного сырья, создания и развития теоретических основ производства ультрадисперсных металлических и композиционных порошков, антикоррозионных и противоизносных покрытий методом сверхзвукового плазменного напыления.

В 9 научных и нескольких вспомогательных подразделениях Института работает 230 человек, в том числе 130 научных сотрудников, 3 академика РАН, 1 член-корреспондент РАН, 19 докторов и 68 кандидатов наук. В 2018 г. в структуре Института были созданы новые научные подразделения: группа гидрометаллургии и лаборатория стали и ферросплавов. В декабре 2018 г., в результате участия в конкурсном проекте Минобрнауки России по созданию новых лабораторий в академических научных организациях, в Институте была создана новая лаборатория высокоэнтропийных сплавов. Сотрудники Института успешно выполняют научные исследования по госбюджетной тематике, по Федеральным целевым программам, проектам Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований, проектам Программы Президиума РАН и УрО РАН, а также хоздоговорные исследования по заказам предприятий реального сектора экономики. Институт обладает развитой материально-технической базой для успешного и комплексного проведения научных исследований. В 2008 г. был образован Центр коллективного пользования «Рациональное природопользование и передовые технологии материалов» (ЦКП «Урал-М») с целью максимально эффективного применения имеющегося и приобретаемого оборудования для обеспечения проведения фундаментальных и прикладных исследований. Центр ежегодно издает научно-информационный сборник, регулярно проводит совещания пользователей и школы-семинары для молодых ученых.

                  Большое внимание уделяется развитию инновационной составляющей деятельности Института, проведению работ, связанных с внедрением научных результатов в практику. В 1991 г. на базе лаборатории газофазной металлургии при участии Института было организовано одно из первых в России инновационных предприятий – ЗАО НПП «Высокодисперсные металлические порошки» по производству ультрадисперсных порошков цинка, меди и бронзы и выпуску товарных продуктов на их основе. В настоящее время это предприятие выросло в мощный холдинг «ЗАО НПХ ВМП», завоевавший известность не только в России, но и за рубежом. Также по инициативе Института металлургии УрО РАН и при поддержке Правительства Свердловской области, УрО РАН, Государственного фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и частных инвесторов в 1998 г. было создано Некоммерческое партнерство Инновационно-технологический центр «Академический». Благодаря созданию этого центра было успешно реализовано более десятка инновационных разработок и технологий, созданных учеными Института металлургии УрО РАН.

                Ведущая и координирующая роль Института подтверждается проведением всероссийских и международных конференций. Институт металлургии УрО РАН является организатором и активным участником регулярных конференций: всероссийской «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов» (МИШР), международной научно-практической «Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР», конгресса с международным участием и научно-технической конференции молодых ученых «Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований» («Техноген»), двусторонней международной российско-израильской конференции «Оптимизация состава, структуры и свойств металлов, оксидов, композитов, нано- и аморфных материалов», а также российско-германской молодежной передвижной школы-семинара по физике и химии наноматериалов (German-Russian Travelling Seminar «Nanomaterials and Large-Scale Research Centers»).

             Институт проводит активную работу по привлечению молодежи в науку, что привело к заметному снижению среднего возраста научных работников. Активно работает Совет молодых ученых. Молодые ученые Института активно участвуют в конкурсах научных проектов. В период с 2015 по 2019 год восемь из них были удостоены премии Губернатора Свердловской области за лучшие научно-исследовательские работы. Осуществляется подготовка научных кадров высшей квалификации через аспирантуру по специальностям: «физическая химия», «металлургия черных, цветных и редких металлов». При Институте действует Диссертационный совет по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата и доктора наук по специальностям: «физическая химия» (02.00.04), «металлургия черных, цветных и редких металлов» (05.16.02), «металлургии техногенных и вторичных ресурсов» (05.16.07).

               За высокие научные достижения, имеющие большое практическое значение и внедренные в промышленное производство, сотрудники Института удостоены 6 Государственных премий (1942, 1976, 1982, 1991, 2000, 2003), отмечены 11 премиями Правительства РФ (1988, 1995, дважды в 1997 г., 2002, 2008, 2012, 2014, 2015, 2018, 2019), имеют престижные научные награды. В течение последних пяти лет сотрудникам Института в составе авторских коллективов ученых и производственников были присуждены три премии Правительства РФ в области науки и техники: за создание и освоение ресурсосберегающей технологии производства высокоэффективных экономнолегированных высокопрочных сталей повышенной хладостойкости и надежности для карьерного транспорта и механизированных комплексов горнодобывающей отрасли (2015 г.), за создание и внедрение комплекса высокоэффективных технологий производства импортозамещающих стальных бесшовных труб нового поколения для разработки трудноизвлекаемых запасов углеводородов (2018г.), за разработку физико-химических основ и внедрение новой высокоэффективной экологически чистой технологии композиционных материалов для металлургии с применением синтеза горением при высоких давлениях и освоение с их использованием производства новых марок стали, титановых сплавов и огнеупоров (2019 г.).

               Высокая квалификация сотрудников, имеющееся приборно-аналитическое оборудование и созданный научный задел позволяют Институту успешно выполнять исследования на современном научно-техническом уровне. Эффективная научная и инновационная деятельность ИМЕТ УрО РАН является залогом того, что на Урале будут успешно решены задачи, поставленные в Национальных проектах «Наука» и «Экология».

П. С. Попель, В. Е. Сидоров, М. Кальво-Дальборг, У. Дальборг, В. В. Молоканов.

АННОТАЦИЯ

На основании изложенных ранее представлений о возможности регулирования строения жидких сплавов путем вариации температуры нагрева высказана идея о перспективности использования оптимизированной термической обработки исходных расплавов для стабилизации свойств перспективных жидкометаллических теплоносителей ядерных реакторов. Эта идея подтверждена результатами изучения свойств жидких бинарных эвтектик свинец–висмут, свинец–олово и галлий–индий. Экспериментально получены свидетельства их метастабильной микрогетерогенности, которая может сохраняться в широких интервалах температуры в течение длительного времени после плавления теплоносителя. Показано, что изменение способа приготовления расплава не оказывает существенного влияния на степень его гетерогенности и температуру перехода в гомогенное состояние. Определены основные пути устранения влияния указанной микрогетерогенности на безопасность работы реактора. Обсуждается возможность повышения качества аморфных лент, получаемых методом быстрой закалки и объемно-аморфных сплавов в результате оптимизации температурных режимов их выплавки. Влияние термообработки исходного расплава на строение и свойства аморфных образцов, получаемых традиционным методом спиннингования, показано на примере ряда систем. Установлено, что нагрев жидкого металла над границей существования метастабильной микрогетерогенности способствует формированию более неупорядоченной аморфной структуры по сравнению со стандартной технологией выплавки и позволяет существенно расширить концентрационный диапазон его аморфизации. Показана эффективность и нагрева микрогетерогенного расплава до температур его промежуточных структурных перестроек между двумя микрогетерогенными состояниями, проявляющаяся не только в лабораторных экспериментах, но и в полномасштабном производстве аморфных лент. Для понимания причин формирования объемно аморфных сплавов ключевое значение имеет связь температуры нагрева исходного расплава с его склонностью к глубокому переохлаждению. Обнаружено, что существует специфический интервал температур, побывав в котором, расплав становится склонен к глубокому переохлаждению, причем именно в этом интервале существенно уменьшаются скорость снижения вязкости с ростом температуры и энергия активации вязкого течения. Приводятся представления авторов о причинах такой корреляции.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

расплавы, оптимизированная термообработка, жидкометаллические теплоносители, скорость закалки, аморфные ленты и объемные аморфные сплавы, структура, свойства.

DOI: 10.31857/S023501062003007X

И. В. Слинкин, О. А. Чикова, В. В. Вьюхин. 

АННОТАЦИЯ

Неодим является одним из наиболее широко применяемых редкоземельных металлов, основное количество неодима используют для изготовления постоянных магнитов. Представлены экспериментальные данные о физико-химических свойствах неодима и сплава Fe–30% Nd–1% B–1% Co–1% Dy в жидком состоянии. Изначально при производстве магнитов NdFeB готовится слиток Fe–30% Nd–1% B–1% Co–1% Dy. Измерена кинематическая вязкость и удельное электросопротивление жидкого неодима Nd (99.85%) и кинематическая вязкость расплава Fe–30% Nd–1% B–1% Co–1% Dy. Зависимость кинематической вязкости расплава неодима от температуры описывается уравнением Аррениуса–Френкеля–Эйринга и согласуется с результатами теоретического расчета. Температурная зависимость кинематической вязкости расплава Fe–30% Nd–1% B–1% Co–1% Dy имеет аномальный характер в температурном интервале от 1320 до 1550°С – вязкость увеличивается с ростом температуры. Возрастание вязкости с ростом температуры, так называемое “квазигазовое” поведение расплава, авторами описывается в рамках представлений физической химии с применением понятия молярной вязкости. Зависимость удельного электросопротивления жидкого неодима от температуры описывается линейным уравнением. Измеренные значения удельного электросопротивления расплава неодима на 30% выше опытных данных, полученных другими исследователями. Результаты измерений планируется использовать в интересах оптимизации параметров металлургического производства спеченных постоянных магнитов Ural Strip Casting NdFeB.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

неодим, сплав Fe–30% Nd–1% B–1% Co–1% Dy, расплав, вязкость, удельное электросопротивление

DOI:10.31857/S0235010620030093

О. В. Гришенкова, А. В. Косов, Ю. П. Зайков, В. А. Исаев.

АННОТАЦИЯ

Предложен подход к математическому описанию электрохимического образования и роста зародышей бинарного сплава на поверхности индифферентного электрода в условиях постоянного пересыщения (перенапряжения), рассматривающий общий поток двух сортов осаждаемых ионов в объеме электролита к поверхности полусферических зародышей новой фазы. Усреднение профиля концентраций проводили с учетом мольно-долевого соотношения компонентов. Исследованы случаи мгновенной и прогрессирующей нуклеации и диффузионно-контролируемого роста. Перекрытие диффузионных зон зародышей проанализировано в рамках Scharifker–Hills (SH) модели. Получены уравнения для расчета кажущегося коэффициента диффузии осаждаемых ионов, количества зародышей на единице поверхности электрода, стационарной скорости нуклеации.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

электрокристаллизация, нуклеация, рост, диффузия

DOI:10.31857/S0235010620030020

С О Д Е Р Ж А Н И Е

С.К. Вильданов. 

АННОТАЦИЯ

       Проанализированы выборки значений температуры жидкого металла в процессе непрерывной разливки стали. Выборки сформированы из измеренных термопарой значений температуры жидкого металла, находящегося в сталеразливочном ковше и данных при пяти последовательных измерениях температуры жидкого металла, находящегося в промежуточном ковше. Измерения в сталеразливочном ковше произведены после этапа вакуумирования стали, перед подачей металла на непрерывную разливку. Измерения температуры в промежуточном ковше выполнены на протяжении всего периода разливки, включающего все плавки, назначенные в серию. Выдвинута гипотеза о нормальном распределении совокупности значений температуры металла и в сталеразливочном ковше, и в промежуточном ковше. Проверку выдвинутой гипотезы проводили с помощью трёх критериев согласия: критерия хи-квадрат , критерия Колмогорова λ и критерия Шапиро-Уилка W . Показано, что гипотеза о нормальном распределении значений температуры в сталеразливочном ковше не противоречит экспериментальным данным по всем трём критериям согласия, и может быть принята. Гипотеза о нормальном распределении температуры при замерах в промежуточном ковше должна быть отклонена, как не согласующаяся с экспериментальными данными, при этом все три критерия согласия показывают необходимость отвергнуть указанную гипотезу. Основными факторами, приводящими к отклонению распределения температуры от нормального закона, являются: повышенная скорость охлаждения металла в промежуточном ковше, введение на поверхность металла шлакообразующих и теплоизолирующих смесей. С увеличением числа замеров температуры в промежуточном ковше, абсолютные значения статистик критериев согласия, хотя и остаются выше критической границы (критерии согласия Пирсона и Колмогорова) и ниже (критерий Шапиро-Уилка), распределение температуры в промежуточном ковше стремится к нормальному распределению.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

совокупность, выборка, температура, сталеразливочный ковш, промежуточный ковш, критерии согласия, нормальное распределение, отклонение от нормального закона распределения.

DOI: 10.31857/S0235010621010096

Ф.Р. Капсаламова, С.А. Красиков, Журавлев В.В. 

АННОТАЦИЯ

     В представленной работе осуществлен процесс механохимического легирования смеси порошков Fe, Ni, Cr, Cu, Si, B, C в планетарной мельнице МПП-2-1К при продолжительности до 15 мин. в целях изучения возможности получения наплавочного порошка для газопламенной наплавки. Для установления особенностей химического взаимодействия при механохимическом легировании между компонентами шихты, последовательности и характера формирования фазового состава гранулированных композиций проведен рентгенофазовый анализ порошкового материала на дифрактометре D8 ADVANCE «BrukerElementalGmbH». Морфологию гранул после МХЛ проводили на сканирующем (растровом) электронном микроскопе (РЭМ) JEOLJXA-8230. Для определения температуры плавления полученной композиции проведен термогравиметрический анализ на синхронном термическом анализаторе ТГ-ДТА/ДСК с квадрупольным масс-спектрометром: STA 449 F3 Jupiter «NЕTZSCH». Результаты исследования показали, что в порошковой композиции Fe-Ni-Cr-Cu-Si-B-C при механоактивации происходит формирование, как стабильных, так и метастабильных фаз. Выявлено, что уже после 1 мин механохимического легирования образуются многочисленные новые фазы и к 15 мин формируется многофазная система, включающая интерметаллиды (Fe_0.95Ni_0.05, Cr_1.07Fe_18.93 и т.п.), карбиды (Fe₃C, Cr_15.58Fe_7.42C₆ и т.п.), бориды (Ni₇₅Si₂₄B_0.04 и т.п.) и силициды (Ni_0.92Si_0.08, Cr₅Si₃). Главной причиной фазообразования при механохимическом легировании является воздействие ударов мелющих тел (шаров), в результате чего осуществляется пластическая деформация частиц исходных компонентов, их разрушение и сварка по образующимся ювенильным поверхностям, сопровождающаяся экзотермическими эффектами с формированием промежуточных жидких фаз. В результате резко возрастает контактная поверхность реагентов и образуются композиционные частицы. В течение ударного воздействия протекают сложные и малоизученные процессы химического взаимодействия, диффузия компонентов, фазо- и структурообразование.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

взаимодействия, превращения, механохимическое легирование, наплавочный порошок, энергонапряжения

DOI: 10.31857/S0235010621010060

И.А. Бабина, Б.С. Воронцов, В.В. Москвин, И.Н. Грехов, А.О. Бабин. 

АННОТАЦИЯ

   Ввиду использования сорбентов в различных областях науки, техники и в быту, представляет интерес разработка новых материалов с сорбционными свойствами. Для исследования свойств модифицированных сорбентов выбран аморфный кремнезем. Так как существуют проблемы строгого описания взаимодействий поверхности кремнеземов с привитыми структурами, было решено использовать модельный расчет энергий протонирования структуры с привитой N-(пропил)этилендиаминтриуксусной кислотой. Показано, что модельный эксперимент, основанный на полуэмпирических квантовохимических расчетах, свидетельствует о том, что протонирование кремнезема, модифицированного молекулами со слабоосновным азотом, сопровождается формированием различных по строению поверхностных комплексов, в том числе с образованием водородных связей.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

силанольные группы, молекулярные модели, протонирование, модельный эксперимент.

DOI: 10.31857/S0235010621010023