Journal «Melts» №6, November – December 2025

CONTENTS

The issue is dedicated to the 100th anniversary of the birth of Academician A.N. Baraboshkin.

Grishenkova O.V., Semerikova O.L. Electrocrystallization in molten salts: on the 100th anniversary of the of academician Alexey Nikolaevich Baraboshkin 557-568
Vetrova D.A., Kuznetsov S.A. Electrorefining of titanium in alkali metals chloride-fluoride melts with and without additives of magnesium fluoride 569-581
Isakov A.V., Apisarov A.P., Grishenkova O.V. Selection of conditions for producing alloys by electrolysis of chloride melts 582-595
Parasotchenko Yu.A., Suzdaltsev A.V. Electrodeposition of silicon on silver in LiCl-KCl-CsCl-K2SiF6 melt 595-610
Grishenkova O.V., Kosov A.V., Semerikova O.L. Numerical modeling of cyclic voltammograms for electrochemical growth and dissolution of an array of new-phase nuclei 611-622
Stulov Yu.V., Popova A.V., Kuznetsov S.A. Neodymium extraction from NdFeB alloy in molten salts 623-639
Terekhov S.V. Thermal properties of liquid metallic heat carriers based on lithium, lead, and bismuth 640-659
Nikonorova V.A., Kuchugurov A.V., Erpalov M.V. Glasses for joining ceramics based on Al2O3 and MgO 660-668
Rusanov B.A., Sidorov V.E., Popel P.S., Sabirzyanov A.A., Petrova S.A., Rusanova A.I., Shunyaev K.Yu., Chugunov P.A. Density, electrical resistivity and magnetic susceptibility of FeNiSiBNb alloy in solid and liquid states 669-679
Filippov V.V., Balyakin I.A., Yuryev A.A., Gelchinsky B.R., Polukhin V.A, Estemirova S.H. Features of structure and properties in Ga70Bi30 demixing melt: experiment and molecular dynamics method 680-690
Polukhin V.A, Estemirova S.H. Structural and kinetic features of hydrogenation in supercooled metallic melts and amorphous alloy 691-706
Balakhonov D.I., Dvornik M.I., Nikolenko S.V. Study of the characteristics of Ti-C powder obtained by plasma-chemical synthesis with microwave (mw) irradiation 707-728

ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЯХ: К 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ АКАДЕМИКА АЛЕКСЕЯ НИКОЛАЕВИЧА БАРАБОШКИНА Гришенкова О.В., Семерикова О.Л. Алексей Николаевич Барабошкин — выдающийся ученый-электрохимик, академик АН СССР, один из ведущих ученых ХХ в. в области высокотемпературной электрохимии и физической химии расплавленных солевых сред. В статье отражены некоторые факты биографии А.Н. Барабошкина и главные направления и результаты его научной деятельности, которые внесли весомый вклад в развитие теории и практики электрокристаллизации в расплавленных солях. Особое внимание в его трудах было уделено разработке теории электрохимического фазообразования, глубокому изучению механизмов и кинетики этого процесса, а также поиску и обоснованию условий формирования сплошных чистых осадков с определенной структурой и ориентацией зерен. Результаты, полученные А.Н. Барабошкиным и руководимым им коллективом, способствовали разработке и эффективному внедрению технологий электролитического осаждения тугоплавких и платиновых металлов, в том числе электрорафинирования, нанесения жаро- и коррозионностойких покрытий на различные металлические подложки и гальванопластического получения изделий сложной формы. Ключевые слова: Институт электрохимии УФАН СССР, Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, научная школа, электрохимия, электроосаждение, расплавы солей, гетерогенное зародышеобразование, благородные металлы, тугоплавкие металлы, сплавы, оксидные бронзы, гальванопластика DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060017		Расплавы. 2025;(6):557–568
ЭЛЕКТРОРАФИНИРОВАНИЕ ТИТАНА В ХЛОРИДНО-ФТОРИДНЫХ РАСПЛАВАХ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ БЕЗ И С ДОБАВКАМИ ФТОРИДА МАГНИЯ Ветрова Д.А., Кузнецов С.А. Методом электрорафинирования получены порошки титана в расплаве NaCl-KCl-NaF(10 мас.%)–K₂TiF₆(7 мас.%)–Ti без и с добавкой фторида магния (MgF₂). Определено влияние температуры и катодной плотности тока на катодный выход по току. Установлено, что выход по току процесса электрорафинирования титана в хлоридно-фторидных расплавах увеличивается при введении в расплав катионов Mg²⁺. Анализ гранулометрического состава порошков, полученных в расплавах различного состава, показал, что дисперсность полученных порошков титана уменьшается при введении в расплав сильнополяризующих катионов. Изучено влияние параметров электролиза и температуры на крупность получаемых порошков в хлоридно-фторидных расплавах различного состава. Установлено, что при электрорафинировании титана в хлоридно-фторидном расплаве NaCl-KCl-NaF–K₂TiF₆–Ti уменьшается содержание примесей в металле, причем установлено более низкое содержание примесей в порошках титана, полученных в расплаве с добавкой фторида магния. Сравнительный анализ процесса электрорафинирования в хлоридно-фторидном расплаве с добавкой фторида магния (NaCl-KCl-NaF–K₂TiF₆–Ti–MgF₂) показал преимущества данного расплава по сравнению с солевой системой, не содержащей соли магния. Эти преимущества обусловлены большим выходом по току, получением менее дисперсных порошков и меньшим содержанием примесей в получаемом металле. В результате выполнения работы выбран оптимальный состав электролита (NaCl-KCl-NaF (10 мас.%)–K₂TiF₆ (7 мас.%)–Ti–MgF₂ (1.4 мас.%)) и параметры процесса электрорафинирования (i = 100 мА/см²; T = 1023–1073 К). В указанных условиях получен титан чистотой 99.73%. Ключевые слова: расплавы, электрорафинирование, порошки титана, хлоридно-фторидные расплавы DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060029		Расплавы. 2025;(6):569–581
ВЫБОР УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ ХЛОРИДНЫХ РАСПЛАВОВ Исаков А.В., Аписаров А.П., Гришенкова О.В. Получение сплавов электролизом расплавленных солей является важной научно-технической задачей. Разработка критериев рационального выбора условий соосаждения металлов в электрохимической ячейке с растворимыми анодами способствует решению задачи управляемого электроосаждения сплавов. В настоящей работе предложен подход, основанный на сравнении равновесных потенциалов для двух пар ион металла/металл (Aⁿ⁺/A и B^m+/B) для нахождения исходных параметров электролиза (соотношения концентраций и рабочей температуры). Теоретический анализ указывает на существование областей термодинамического равновесия для пар Aⁿ⁺/A и B^m+/B в расплаве-растворителе при определенном соотношении концентраций ионов Aⁿ⁺ и B^m+. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных значений равновесных потенциалов для широкого круга металлов в расплаве на основе эквимольной смеси NaCl–KCl, содержащем 1 мол.% осаждаемых ионов, при 1000 K. Построены диаграммы Венна—Эйлера для пар Ni²⁺/Ni, Mo³⁺/Mo, Cr²⁺/Cr, Pd²⁺/Pd, Rh³⁺/Rh, Ru³⁺/Ru и Ir³⁺/Ir в интервале температур от 948 до 1123 K и концентраций ионов в расплаве от 0.1 до 2 мол.%. Рассчитаны области равновесия в системах Ni²⁺/Ni и Mo³⁺/Mo, Pd²⁺/Pd и Rh³⁺/Rh, Ru³⁺/Ru и Ir³⁺/Ir. Показано, что при понижении температуры области равновесия расширяются для исследованных пар благородных металлов, но сужаются для никеля и молибдена. Практическое применение данного метода для конкретной системы требует учета дополнительных данных о температуре ликвидуса и давлении пара расплава для ограничения области равновесия слева и справа соответственно. Ключевые слова: электроосаждение, расплавленные соли, равновесный потенциал, металлы, сплавы DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060037		Расплавы. 2025;(6):582–594
ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ КРЕМНИЯ НА СЕРЕБРЕ В РАСПЛАВЕ LiCl-KCl-CsCl-K₂SiF₆ Парасотченко Ю.А., Суздальцев А.В. Кремний находит широкое применение в различных областях, включая микроэлектронику и использование в современных литий-ионных аккумуляторах повышенной мощности. Для последних требуется кремний в виде наноразмерных и субмикронных частиц, либо в виде тонких сплошных пленок. Полученные ранее результаты литирования электроосажденных кремниевых пленок на стеклоуглероде указывают на необходимость подбора подложки для кремниевых осадков. В качестве модельной подложки можно рассматривать серебряную подложку, с которой кремний не взаимодействует. В настоящей работе при помощи вольтамперных измерений изучена кинетика и механизм катодного процесса на серебряной подложке в легкоплавком расплаве LiCl-KCl-CsCl-K₂SiF₆ с температурой 550°C. В результате исследований показано, что исследуемый процесс протекает в две стадии, кинетику которых характеризуют катодные пики при потенциале около 0 В и при потенциале отрицательнее –0.15 В относительно потенциала кремниевого квазиэлектрода сравнения. На основании диагностических критериев показано, что исследуемый процесс является необратимым. Из вольтамперных зависимостей по уравнению для необратимого электрохимического процесса оценен коэффициент диффузии электроактивных ионов, который для второго пика составил 1.2·10^-6 см²/с. На основании вольтамперных измерений подобраны параметры и проведено электроосаждение кремния на серебряные подложки в гальваностатическом, потенциостатическом и гальваноимпульсном режиме. В гальваностатическом режиме получены несплошные осадки, состоящие из сферолитных частиц диаметром до 500 нм. В потенциостатическом и гальваноимпульсном режиме получены объемные осадки, состоящие из частиц аналогичной формы, полностью покрывающих серебряную подложку, на которых затем происходит рост дендритов определенной геометрической формы. При помощи рентгенофазового и микрорентгеноспектрального анализа сделано подтверждение, что в кремниевом осадке отсутствуют фазы силицидов серебра, однако, на поверхности кремния присутствуют элементы, содержащиеся в электролите, а также небольшое количество кислорода. Полученные результаты необходимы для поиска условий получения осадков кремния в виде тонких пленок и в виде осадков с развитой поверхностью. Ключевые слова: кремний, расплав, LiCl-KCl-CsCl, вольтамперометрия, электроосаждение, морфология DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060049		Расплавы. 2025;(6):595–610
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ ВОЛЬТАМПЕРОГРАММ ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ РОСТЕ И РАСТВОРЕНИИ МАССИВА ЗАРОДЫШЕЙ НОВОЙ ФАЗЫ Гришенкова О.В., Косов А.В., Семерикова О.Л. Разработка методов исследования начальных стадий электрокристаллизации важна как для развития фундаментальных представлений о механизмах и кинетике фазообразования, так и для определения оптимальных условий получения электролитических осадков заданной структуры и морфологии. Теоретические модели, предназначенные для изучения закономерностей процессов нуклеации и роста новой фазы при переменном пересыщении (перенапряжении), в большинстве случаев не учитывают взаимное влияние зародышей при множественной нуклеации. Для воссоздания приближенных к практике условий необходимы модели, более реалистично воспроизводящие конкуренцию зародышей за осаждаемые ионы. В этой работе представлена математическая модель и результаты численного моделирования диффузионно-контролируемого роста и растворения зародыша внутри большого гексагонального ансамбля в условиях циклической развертки потенциала. Рассчитаны профили концентрации в различные моменты времени, циклические вольтамперограммы (ЦВА) и зависимости размера полусферического зародыша от перенапряжения. Теоретически обоснованы нестационарные эффекты и изменение токового отклика при изменении параметров процесса. Показано, что уменьшение скорости развертки, увеличение потенциала реверса и численной плотности зародышей на электроде приводит к постепенной трансформации катодной части ЦВА от нуклеационной петли до катодного пика вследствие усиления взаимного влияния соседних зародышей и приближения к условиям полубесконечной линейной диффузии ко всей поверхности электрода. При постоянном потенциале реверса максимальный размер зародышей тем больше, чем ниже скорость развертки и их численная плотность. Результаты расчета качественно согласуются с типично регистрируемыми при экспериментальном изучении начальных стадий электрокристаллизации металлов. Ключевые слова: электроосаждение, расплавленные соли, диффузионно-контролируемый рост, циклическая вольтамперометрия, нуклеационная петля DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060059		Расплавы. 2025;(6):611–622
ИЗВЛЕЧЕНИЕ НЕОДИМА ИЗ СПЛАВА NdFeB В СОЛЕВЫХ РАСПЛАВАХ Стулов Ю.В., Попова А.В., Кузнецов С.А. Исследовано взаимодействие сплава NdFeB с расплавом NaCl-KCl в присутствии CoCl₂ в широком интервале температур и показано, что хлорид кобальта выщелачивает неодим, железо и бор из сплава NdFeB. Установлено, что процесс выщелачивания протекает в два этапа. На первом этапе, который продолжается пока в расплаве присутствуют катионы кобальта, из сплава в расплав переходят катионы железа, бора и неодима. Трихлорид бора испаряется из расплава и конденсируется в верхней части электрохимической ячейки. На втором этапе катионы железа участвуют в выщелачивании неодима и бора из сплава. Расплав при этом самопроизвольно очищается от железа. Анализ кинетических зависимостей выявил, что скорость извлечения неодима практически не зависит от содержания кобальта и железа в расплаве. По всей видимости, процесс в целом лимитируется диффузией неодима от поверхности образца NdFeB, поскольку значения коэффициентов диффузии для неодима в 2–3 раза меньше, чем для кобальта и железа. Показано, что степень извлечения неодима из NdFeB уменьшается с повышением температуры процесса, что хорошо согласуется с выполненными расчетами температурной зависимости изобарно-изотермического потенциала реакций взаимодействия Nd, Fe и B с хлоридом кобальта. В результате предложена принципиальная схема по переработке вышедших из употребления магнитов на основе сплава NdFeB с использованием расплавленных солей. Ключевые слова: неодимовый магнит, NdFeB, неодим, расплавленные соли, вольтамперометрия, электрохимия кобальта, термодинамические расчеты, выщелачивание неодима DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060064		Расплавы. 2025;(6):623–639
ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЛИТИЯ, СВИНЦА И ВИСМУТА Терехов С.В. Современные представления о развитии энергетического сектора России связаны с проектированием и технической реализацией термоядерных реакторов на быстрых нейтронах. Для этих энергетических установок предлагают в контурах охлаждения тепловыделяющих элементов и теплоотдачи использовать тритий-воспроизводящие жидкие расплавы двух- и трехкомпонентных систем, содержащих висмут, свинец и литий. Позитивными характеристиками этих расплавов являются высокая температура испарения, возможность повышения температуры рабочей зоны при практически неизменном давлении, уменьшение габаритов реактора и другие качества, определяемые теплофизическими свойствами чистых компонентов. Поэтому в данной работе функции, полученные в авторской модели сосуществования в локально-равновесной области двух идеальных фаз с разными параметрами порядка, применены для аппроксимации массивов экспериментальных данных по теплофизическим характеристикам лития, свинца, висмута и их сплавов. В отличие от ранее используемых подходов (электрон-фононная модель, интерполяция данных степенными полиномами и другие) предложенная модель описывает с помощью непрерывной функции возрастание теплоемкости при увеличении температуры; с единых позиций моделирует пик теплопроводности в окрестности абсолютного нуля и ее дальнейшие изменения. Модель с малыми погрешностями отображает на температурных зависимостях особенности в виде конечных скачков, пиков и ям с округлыми и острыми вершинами. Она позволяет провести адекватное моделирование удельного электросопротивления, а также получить достаточно хорошие оценки теплофизических свойств сплавов, исходя из данных об аналогичных характеристиках их компонентов. В работе установлена схожесть теплофизических свойств бинарной эвтектической системы висмут-свинец и тройного расплава висмут-свинец-литий. Также продемонстрированы изменения теплофизических свойств чистых металлов при их смешении. Ключевые слова: жидкометаллические теплоносители, теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент теплового линейного расширения, плотность DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060079		Расплавы. 2025;(6):640–659
СТЕКЛА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ Al₂O₃ И MgO Никонорова В.А., Кучугуров А.В., Ерпалов М.В. Соединение керамических изделий из оксидов магния и алюминия является сложной задачей ввиду существенной разницы в значениях температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) материалов. Фактическая разница в ТКЛР сочленяемых компонентов составляет 5 · 10^-6 K^-1. В данной работе исследована возможность применения силикатных стекол для соединения керамических изделий на основе оксида магния и оксида алюминия, так как свойства стекол могут быть адаптированы к конкретным материалам путем выбора соответствующих компонентов и их пропорций. Герметики на основе стекол дешевы в изготовлении, демонстрируют приемлемую стабильность в окислительных и восстановительных средах, обладают хорошей адгезией и смачиваемостью. Для соединения керамических изделий из оксида магния и оксида алюминия разработано четыре состава стекол с добавками оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Определены их температурный коэффициент линейного расширения, температуры стеклования и размягчения. Температура стеклования стекол находится в диапазоне 458–613°C. Температура размягчения стекол составила от 504°C до 687°C. Температура эксплуатации керамического соединения составляет 650°C, поэтому стекло должно обладать температурой размягчения (T_s) в диапазоне 650–680°C. Стеклогерметики 930 и 6515 имеют низкую температуру размягчения и не могут быть использованы при температуре эксплуатации 650°C. Проведены опытные склейки образцов из Al₂O₃ и MgO с использованием стекол 508 и 509. Соединение керамических деталей из оксида алюминия и магния с применением стеклогерметика 509 показало неудовлетворительные результаты. Установлено, что герметичное соединение сочленяемых компонентов возможно с применением стеклогерметика 508 с добавками оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Ключевые слова: стеклогерметик, керамика, температурный коэффициент линейного расширения, ТКЛР, температура стеклования, температура размягчения DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060081		Расплавы. 2025;(6):660–668
ПЛОТНОСТЬ, ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ И МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ СПЛАВА FeNiSiBNb В ТВЕРДОМ И ЖИДКОМ СОСТОЯНИЯХ Русанов Б.А., Сидоров В.Е., Попель П.С., Сабирзянов А.А., Петрова С.А., Русанова А.И., Шуняев К.Ю., Чугунов П.А. Металлические сплавы в аморфном (неупорядоченном) и нанокристаллическом состояниях, которые обладают отличительными электрическими, магнитными и механическими свойствами по сравнению с существующими кристаллическими аналогами, необходимы для создания современных сердечников трансформаторов и элементов других магнитных и электрических устройств. Формирование аморфного состояния в металлических сплавах является одним из способов получения материалов нового поколения. Вышеуказанными свойствами характеризуются аморфные и нанокристаллические многокомпонентные сплавы на основе железа, никеля и кобальта с малыми добавками бора и кремния. Наряду с этим получение аморфного состояния в большинстве случаев связано с закалкой из расплава при высоких температурах, таким образом, данные о физических свойствах исходных сплавов, в том числе в жидком состоянии, имеют важное значение, однако на сегодняшний день они представлены в литературе лишь фрагментарно. В настоящей работе исследования структура методом дифракции рентгеновских лучей и физические свойства (плотность, электрическое сопротивление и магнитная восприимчивость) многокомпонентного сплава Fe₃₉Ni₃₉B₁₉Si₃Nb₄ в широком интервале температур, включая жидкое состояние. Показано, что при комнатной температуре сплав представляет собой многофазную композицию, основу которой составляет соединение (при более высоких температурах – твердый раствор) Fe_0.75Ni_0.25 (до 91,3 %), а также несколько бинарных соединений с бором и кремнием: FeB, NbB₂, Ni₆Si₂B, Ni₃B. Установлено, что в жидком состоянии сплав характеризуется монотонными изменениями свойств, при этом в области температуры 1425 K происходит смена наклона температурных зависимостей плотности и электросопротивления. Температурные зависимости магнитной восприимчивости в жидком состоянии имеют гладкий вид и могут быть описаны обобщенным законом Кюри–Вейсса. Из экспериментальных данных рассчитаны эффективный магнитный момент, приходящейся на атом сплава, парамагнитная температура Кюри и плотность электронных состояний на уровне Ферми. Установлено, что между атомами в расплаве существует сильное химическое взаимодействие. Ключевые слова: многокомпонентные сплавы, железо, плотность, электрическое сопротивление, магнитная восприимчивость DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060093		Расплавы. 2025;(6):669–679
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ В РАСПЛАВЕ Ga₇₀Bi₃₀ КРИТИЧЕСКОГО СОСТАВА: ЭКСПЕРИМЕНТ И МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ Филиппов В.В., Балякин И.А., Юрьев А.А., Гельчинский Б.Р. Температурная зависимость динамической вязкости расслаивающегося расплава критического состава Ga₇₀Bi₃₀ измерена методом затухающих крутильных колебаний в режиме непрерывного охлаждения со скоростью 3 K/мин от 1200 K до критической температуры T_c и со скоростью 0.5 K/мин от 600 K до T_c. Установлено, что вязкость данного расплава отклоняется от зависимости Арреннуса в интервале на 14 K выше критической точки. Молекулярно-динамическое моделирование расплава Ga₇₀Bi₃₀ проведено с использованием ИНС-потенциала. Начальный тренировочный набор получен методом ab initio МД для ячейки из 500 частиц в пакете VASP. Конечный тренировочный набор получен с помощью активного машинного обучения в пакете DPGEN. На базе этих данных был обучен ИНС-потенциал в пакете DeePMD. Далее этот потенциал использовался для моделирования в пакете LAMMPS для системы из 13500 частиц с шагом 2.5 фс. Полученный потенциал был использован для расчета парциальных парных корреляционных функций, парциальных координационных чисел, коэффициентов диффузии и плотности расплава критического состава Ga₇₀Bi₃₀. Парциальные функции радиального распределения, плотность и коэффициенты диффузии рассчитаны в изотермическом режиме в интервале от 300 до 1300 K с шагом 200 K. Парциальные координационные числа получены в режиме непрерывного охлаждения со скоростью 10¹¹ K/с на интервале 400–800 K. Обнаружено аномальное поведение парциальных координационных чисел, которое начинается при температуре очень близкой к критической точке. Аномалии также установлены на парциальных функциях радиального распределения вблизи критической температуры. На температурных зависимостях рассчитанных коэффициентов диффузии не выявлено каких-либо особенностей. Ключевые слова: расслаивающийся расплав, Ga-Bi, ab initio молекулярная динамика, потенциал искусственных нейронных сетей, метод крутильных колебаний, вязкость DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060106		Расплавы. 2025;(6):680–690
СТРУКТУРНЫЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРИРОВАНИЯ ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И АМОРФНЫХ СПЛАВОВ Полухин В.А., Эстемирова С.Х. В настоящем обзоре рассматриваются современные представления о влиянии водорода на процессы аморфизации, структурную эволюцию и фазообразование в переохлажденных металлических расплавах и аморфных сплавах. Проведен всесторонний анализ фундаментальных механизмов взаимодействия водорода с металлической матрицей на атомном уровне. Обобщены обширные экспериментальные и теоретические данные, демонстрирующие ключевую роль водорода в модификации локальной атомной структуры: изменении координационных чисел, трансформации ближнего порядка и стимулировании образования политетраздрических кластерных комплексов. Детально исследованы механизмы формирования водородсодержащих структур и их влияние на физико-химические свойства материалов. Особое внимание уделено влиянию водорода на параметры диффузии, температурные интервалы фазовых превращений и механизмы когерентной нанокристаллизации, включая образование квазикристаллических фаз. Представлены результаты изучения кинетики структурных превращений в водородосодержащих системах. Описаны особенности процесса стеклования в присутствии водорода, а также комплексные термодинамические и кинетические эффекты легирования. Рассмотрены закономерности формирования метастабильных фаз и их эволюция при различных условиях термообработки. Обзор подчеркивает значительный потенциал управляемого гидрирования и легирования для целенаправленного контроля структуры и функциональных свойств металлических стекол. Обсуждаются перспективы создания инновационных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Особое внимание уделяется разработке водородостойких мембранных материалов нового поколения и высокоэффективных катализаторов для водородной энергетики, что имеет важное значение для развития современных технологий водородной экономики. Представленные результаты могут служить основой для дальнейшего развития фундаментальных исследований и практической реализации перспективных материалов с заданными свойствами. Ключевые слова: аморфные сплавы, переохлажденные расплавы, водород, стеклование, диффузия, ближний порядок, кластерная структура, икосаэдр, квазикристаллы, термодинамика, кинетика, наноструктурирование, легирование, гидрирование DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060116		Расплавы. 2025;(6):691–706
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОШКА Ti-C ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА С СВЧ-ВОЗДЕЙСТВИЕМ Балахонов Д.И., Дворник М.И., Николенко С.В. В статье рассматривается текущее состояние и перспективы развития российского рынка титана и его производных, в частности карбида титана (TiC). Карбид титана, обладающий выдающимися механическими свойствами, находит широкое применение в различных индустриальных сферах, включая производство режущих инструментов и высокотемпературных материалов. В обзорной части статьи описаны различные методы получения TiC, включая высокотемпературное спекание и плазменные технологии, что позволяет составить общую картину технологических и научных подходов к получению и оптимизации производственных процессов, и повышению качества конечного продукта. В исследованиях для получения карбида титана выбран подход с применением низкотемпературной плазмы, испытывающей дополнительное воздействие СВЧ-излучения, реализованное в комбинированной лабораторной установке. Для модельного эксперимента применялся чистый оксид титана и различные углеродсодержащие материалы – карбидизаторы. В проведенных исследованиях показан подход применения полиномиальной нейросетевой модели (ПНМ), позволяющий оптимизировать параметры плазмохимического синтеза (ПХС), и повысить качественные и количественные характеристики получаемого продукта, от изменения входных условий процесса. Дополнительные инструменты в исследованиях, например, метод конечных элементов, позволил получить первичные данные для начального обучения ПНМ, а именно вносить зависимости физических показателей процесса ПХС. Полученные экспериментальные зависимости позволили переобучить и настроить ПНМ, что по средствам адаптивного обучения позволяет корректировать режимы установки. В будущем ПНМ поможет улучшить процесс ПХС и характеристики получаемого материала, повысить производительность оборудования вплоть до изменения конструктивных особенностей отдельных элементов, таких как плазмотрон. Приведены результаты химического и спектрального анализа продуктов синтеза, состоящих преимущественно из карбида титана. Произведён анализ изменения состава и структуры полученных продуктов синтеза после высокотемпературного плазменного воздействия. Результаты исследований подчеркивают важность поиска и совершенствования технологических подходов получения и производства тугоплавких соединений, например, карбида титана с заданными свойствами, что позволит в будущем обеспечить успешное развитие и оперативное развёртывание российских производственных полигонов. Ключевые слова: плазменный поток, синтез, карбид титана, полиномиальная нейросеть, диоксид титана, СВЧ-поток, углерод DOI: https://doi.org/10.7868/S3034571525060125		Расплавы. 2025;(6):707–728

Journal «Melts» №4, July – August 2025

C O N T E N T

The issue is dedicated to the conference “Physical and Chemical Foundations of Metallurgical Processes – 2025”

Editor-in-chief’s note

Rasplavy 2025;(4):279

Melts 2025;(4):

Milestones of a glorious path: 70 years of the Vatolin institute of metallurgy of the Ural branch of the Russian academy of sciences

Pospelova O.V., Rempel A.A.

The article is dedicated to a significant date – the 70th anniversary of the establishment

of the Institute of Metallurgy named after academician N.A. Vatolin of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences as an independent scientific institution. A brief historical essay on the main stages of the formation and development of the Institute, its scientific areas and schools is presented. The contribution of scientists to the development of fundamental and applied research in the field of physical and chemical foundations of high-temperature processes in the field of ferrous and non-ferrous metallurgy, complex processing of mineral and technogenic raw materials is covered. The results of the Institute’s activities and achievements, which are the result of fruitful work over several decades for the benefit of domestic metallurgy, are summarized.

Keywords: UFAN USSR, Institute of Chemistry and Metallurgy UFAN USSR, Institute of Metallurgy UFAN USSR, Institute of Metallurgy named after academician N.A. Vatolin of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, laboratory, scientific school, ferrous metals, non-ferrous metals, physical chemistry, materials science, metal and slag melts, powder metallurgy, academician, I.P. Bardin, A.M. Samarin, V.V. Mikhailov, N.A. Vatolin, G.I. Chufarov, L.I. Leontiev, I.V. Frishberg

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040015

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):280-295

Melts 2025;(4):

Application of titanium and vanadium-alloyed cast irons for the production of replacement metallurgical equipment

Lubyanoi D.A, Markidonov A.V., Lubyanoi D.D., Samsonov Yu.N., Kuzin E.G., Lubyanaya S.V.

The article summarizes the long-term experience of JSC ZSMK, research institutes and universities in the field of production of replaceable steel casting equipment. The paper presents the experience of manufacturing ladles made of blast-furnace cast iron, pallets, ladles, intermediate ladle covers made of induction cast iron alloyed with titanium and vanadium; discusses the use of resonant pulsating refining when purging cast iron with nitrogen, and also provides a generalization on the use of thermal melt treatment in refining cast iron used for the production of heat-resistant castings. The compositions of phosphorous and naturally alloyed cast iron of induction and blast furnace melting were developed. The use of resource-saving out-of-furnace processing technology and the transfer of casting of slag bowls from foundry cast iron to economically alloyed blast furnace cast iron made it possible to reduce the consumption of ferrosilicon from 25.6 kg to 12.9 kg, and ferrosilicon manganese from 7.4 kg to 4.27 kg per ton of cast iron, respectively. Consumption of ferrosilicon during the introduction of economically alloyed cast iron during the remelting of steel mills in induction furnaces was reduced from 34.28 kg per ton of cast iron to 18 kg per ton of cast iron, respectively. All technologies have been implemented in production. After the introduction of these technologies, the durability of products for the ferroalloy industry has increased by 10%. The consumption of mills at JSC ZSMK amounted to 11.8-12 kg per ton of steel, which corresponds to the best indicators in the industry. The durability of the caps of the intermediate caster buckets increased and reached 294 melting points. The durability of cast iron slag bowls has reached 700-1500 fillings; the durability of forging molds is 40-60 fillings, through molds – 90-100 fillings, pallets – 140 fillings. Thus, in the Siberian region, thanks to the joint creative work of specialists from JSC ZSMK, mass media, UPI, KemGU, KuzGTU, DonNIIchermet, MGVMI, a complex of technologies for producing replaceable steel casting equipment from blast furnace cast iron and induction cast iron was developed. These technologies have ensured maximum durability of the replaceable equipment at the level of the world’s best indicators with minimal cost of products. The work will be useful for industrial enterprises and research institutes in the development of new resource-saving technologies, as well as in the educational process for graduate students and students in relevant fields.

Keywords: induction furnace, nitrogen blowing, blast furnace iron, induction melting iron, tuyere

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040025

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):296-308

Melts 2025;(4):

On the dependence of the quality indicators of metal products on the structure and properties of melts

Baryshev E.E., Tyagunov A.G., Vandysheva I.V., Tsepelev V.S., Tyagunov G.V.

The article is devoted to a detailed study of the dependences of qualitative indicators of metal products on the structural state and properties of melts. The effectiveness of modern technologies for smelting steels and alloys is based on a deep understanding of the physics-chemical processes occurring in liquid metal. It is the state of the melt before the crystallization process that plays one of the key roles in ensuring the high quality of the finished product. On the other hand, this factor, which requires additional attention, often remains underestimated. The analysis of available theoretical concepts and experimental data on the structure of metallic liquids is carried out. The main attention is paid to the results and prospects of the introduction and application of time temperature treatment (TTT) of the melt, which makes it possible to purposefully regulate its condition and improve the quality of the solid metal. An array of experimental data is provided confirming the positive impact of the technology under discussion. Specific examples of the use of TTT melt in industrial enterprises in the manufacture of a wide range of metal products: structural, tool and stainless steels, as well as cast iron for various purposes are considered. The effects of the TTT melt technology on the behavior of low-, medium- and high-alloy steels are emphasized, demonstrating high efficiency of structure management, which leads to a decrease in the incidence of traditional defects such as shrinkage shells, chemical segregation, and others. It is shown that the use of TTT during the melting of steel makes it possible to significantly expand the range of their hot plasticity. For heat-resistant nickel alloys, the formation of an equilibrium melt makes it possible to obtain the structure and properties of a solid metal that are unattainable by other metallurgical methods. Statistics are presented showing a significant increase in the share of high-quality products and a reduction in losses at subsequent stages of metal processing. The prospects for further improvement of the methodology for the experimental determination of parameters and design characteristics of the optimal mode of thermal processing of metal for specific smelting conditions are considered. It is suggested that the melt has a high potential in the light of the growing requirements for energy conservation and rational use of resources, in order to improve the quality of the metal produced and increase the competitiveness of products.

Keywords: metallic liquids, melt, structural state, clusters, time temperature treatment, production technology

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040039

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):309-320

Melts 2025;(4):

Technology of producing Mn-Si-Ba-Fe alloy by carbothermal method

Salina V.A., Baisanov S.O., Tolokonnikova V.V.

The results of theoretical and experimental studies of the technology for producing a complex barium-containing ferroalloy based on manganese for out-of-furnace processing of metal products are presented. Ferroalloys containing barium are of the greatest interest due to the unique complex of its physical and physicochemical properties (solubility in liquid iron is 1.22∙10−4 at.% at T=1600K; relative modifying capacity 69.86∙105; Tm.p.Ba=983K; Tb.p.Ba=1910K; heat of interaction with iron is 212 kJ/mol; enthalpy of dissolution is 300 kJ/g-at at T=1700K). The diagrams of material ratios of the oxide BaO-SiO₂-MnO-FeO and metallic Ba-Si-Mn-Fe systems were constructed to determine the rational ratio of the components of the charge and the composition of the alloy by the method of thermodynamic-diagram analysis. This is a simple method for studying phase patterns of complex systems taking into account the features of state diagrams. The values of the change in Gibbs energy (∆G0T) are determined in a homogeneous liquid-phase state using the Gibbs software package developed by scientists of the Chemical and Metallurgical Institute named after Zh. Abishev. The tie lines of coexisting phases are drawn according to Hess’s rule. It was established that the rational composition of the batch for obtaining an alloy with a barium content of more than 1.5% is located in the quasi-system Fe₂SiO₄-Ba₂Si₃O₈-Mn₂SiO₄-SiO₂, and the composition of the alloy is in the region of the tetrahedron FeSi-BaSi2-MnSi-Si. The large-scale laboratory tests of the smelting of a complex barium-containing ferroalloy based on manganese in an ore-thermal furnace with a transformer capacity of 200 kV×A by a slag-free carbothermal method were carried out on the basis of the results of a thermodynamic-diagram analysis. Manganese ore from the Mynaral deposit (71.67% Mn2O3), barite ore from the Zhumanai deposit (74.35% BaSO₄), and quartzite from the Tekturmas deposit (97.05% SiO2) were used as initial raw materials. Chinese coke (82.70% Csol.) was used as a reducing agent. It was established that the transition of barium into the alloy is determined by the accompanying process of silicon reduction. It was determined that to obtain an alloy with 1.5% Ba, the ratio Si/(Mn+Fe) should be at the level of 0.6; for an alloy with a content of 10% Ba – 1.1.

Keywords: thermodynamic-diagram analysis, oxide and metallic systems, diagram

of material relationships, X-ray phase analysis, charge, ore-thermal furnace, slag-free

carbothermal process, ferrosilicomanganese with barium

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040041

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):321-329

Melts 2025;(4):

Thermodynamic modeling of copper ore processing into matte using borate ores

Kim A.S., Akberdin A.A., Sultangaziev R.B., Orlov A.S., Suleimenov A.B.

The cost of one ton of copper on the London Metal Exchange often reaches 9’000 USD. Such a high price necessitates measures aimed at maximizing the extraction of this metal into final products and minimizing losses. According to open sources, the total amount of copper in technogenic mineral formations of Kazakhmys Corporation LLP (Kazakhstan) is estimated at about 4 million tons. This study proposes measures to reduce copper losses from the pelletizing stage to smelting in metallurgical furnaces. Using full thermodynamic modeling, the effect of boron anhydride and borate ore on the processes of pelletizing, drying, roasting of copper ore concentrates, and matte production was investigated. It was found that the use of B₂O₃ is expected to increase the strength of wet pellets due to the formation of boron anhydride crystal hydrates (H₃BO₃), which bind ore particles. During drying, the hydrate loses water at 285 K, turning into boron anhydride, which melts at 723 K during roasting, forming a liquid phase. Upon cooling, this phase creates a solid sinter together with other ore components. Metallurgical processing of such boron-containing material is predicted to improve process performance and reduce matte losses due to the formation of low-viscosity, highly mobile furnace slags. The proposed borate ore contains montmorillonite, a clay mineral typical of bentonites, which ensures sufficient strength of wet pellets for transport from the pelletizing unit to the roasting equipment. The presence of low-melting borate ore in the pellets promotes the formation of a liquid phase during roasting, which solidifies into a strong sinter. As with B₂O₃, metallurgical smelting is expected to benefit from reduced matte losses due to the formation of lighter, more fluid slags. The calculations and modeling conducted confirm the high potential of the proposed approach for industrial implementation.

Keywords: thermodynamic modeling, copper ore, pellets, drying, roasting, matte

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040053

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):330-340

Melts 2025;(4):

Thermodynamic and experimental modeling of the ferroboron production process by the carbothermal method

Sultangaziev R.B., Akberdin A.A., Kim A.S., Aubakirov D.R., Orlov A.S.

This paper presents the results of thermodynamic and experimental studies of the ferroboron production process by the carbothermic method aimed at improving the propertiesof ferroalloys and expanding their application in various industrial sectors. Thermodynamic modeling of the process was carried out using the TERRA software package, which allowed for a detailed analysis of phase changes and chemical reactions occurring during the reduction process. This enabled the optimization of conditions for producing ferroboron with the required composition and properties. The physical modeling was conducted on a rudd-thermal furnace with a transformer power of 250 kV·A, providing the possibility of studying the process under real production conditions with precise control over the parameters. A feature of the conducted research was the use of coke from the low-ash coal of the Shubarkul deposit in Kazakhstan as a reducer, which reduced raw material costs and improved the economic efficiency of the process. In addition, various natural boron sources were used for the study, allowing the influence of different types of borate ores on the ferroboron production process to be examined. Experimental data showed that using coke from Shubarkul coal and borate ores, ferroalloy with boron content of 14-15% could be produced, which is highly effective for application in various industries. The ferroboron obtained during the experiments was tested as a modifier at a local machine-building enterprise engaged in the production of cast iron grinding balls. The test results showed that the use of ferroboron significantly improved the operational characteristics of the products: the hardness of the surface of the balls increased by 8%, and impact resistance doubled. These results confirm the high effectiveness of using ferroboron as a modifier to enhance the strength and wear resistance of materials, which is especially important in the machine-building industry. Additionally, the research confirmed the potential for using ferroboron in other industries where the improvement of mechanical properties of materials is required, such as steel and alloy production, as well as other metallic products. Overall, the conducted work demonstrated that the carbothermic process using local raw materials and borate ores is a promising and economically advantageous method for producing high-quality ferroboron, opening up new opportunities for its application in industry.

Keywords: charge, ferroboron, thermodynamic modeling, phase composition, industrial experiment

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040065

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):341-350

Melts 2025;(4):

Kinetics of natural-technogenic sulfide decomposition processes as an analogue to exogenous processes at the degtyarsk deposit. experimental data

Naumov V.A., Fedorov S.A., Vlasov I.A., Zobnin B.B., Malychev A.N., Glukhov M.S., Utkina G.M., Kurmacheva V.S.

To develop economically efficient nature-inspired technologies for processing technogenic-mineral formations of sulfide deposits and rehabilitating altered territories, it is essential to understand the transformation processes of sediment composition, water, and biota interacting within waste dumps and mining excavations (mines and pits). Changes in the composition of technogenic sediments and waters under exogenous conditions are analogous to geological processes of physical-chemical weathering. Among natural processes, freezing and thawing of mineral matter are particularly important. The objective of this study is to investigate the kinetics of destruction and changes in the material composition of sulfide minerals and the resulting aqueous solutions using samples from waste dumps of the Degtyarsk deposit subjected to multiple freeze-thaw cycles. The experimental data include the decomposition of sulfides resistant to hypergenic alteration through a sequence of operations: crushing, sieving crushed dump samples into eight size fractions, and subjecting each fraction to freeze-thaw cycles between −15°C and +20°C in open containers with distilled water (3–15 cycles). In all experiments, pH, redox potential and sample mass were measured. Each fraction was analyzed before and after experiments using a benchtop X-ray diffractometer. Mineral grains were examined via scanning electron microscopy, and the chemical composition of post-experimental water was determined using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The most significant changes in sediment composition were observed in the –0.1 mm fraction, the measurement results of which are presented in this study. The maximum mass loss rate of sulfides from the Degtyarsk deposit samples reached 2% per cycle, whereas sulfides from other deposits lost up to 20% of their initial mass per cycle. The primary mass loss in the samples (more than half) was attributed to the mechanical removal of fine particles with water, while a smaller portion resulted from physical-chemical decomposition of sulfides through the formation of iron sulfate crystal hydrates, their dissolution, and carbonate dissolution. These experimental studies will serve as a foundation for building a database on sulfide behavior under cryogenic exposure and subsequently developing nature-inspired technologies for managing mineral matter transformation.

Keywords: freezing, thawing, cryogenic cycle, sulfides, pyrite, oxidation, kinetics, Degtyarsk copper ore deposit

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040075

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):351-364

Melts 2025;(4):

Investigation of medium entropy alloys obtained by electric arc welding with powder wires

Khudaev K.A., Kryukov R.E., Mikhno A.R., Perov S.S.

In modern conditions of intensive technology development and constantly increasing requirements for materials in industry, there is an urgent need to develop fundamentally new metal alloys with special performance properties. Classical materials, including various grades of steels, aluminum and titanium alloys, in many cases no longer meet modern standards in such key parameters as strength, wear resistance, corrosion and thermal stability. In this context, multicomponent alloys with an increased entropy component containing five or more basic elements in close atomic ratios are of particular importance. Due to the unique effect of high configuration entropy, these materials have a number of outstanding physico-chemical characteristics: increased mechanical strength, exceptional resistance to oxidation at high temperatures, as well as excellent wear resistance. However, significant technological difficulties in obtaining high-entropy alloys, combined with the high cost of the initial components necessary to create equal-atomic compositions, have led to increased scientific interest in the study of alloys with an average entropy level (SES), which represent a more affordable alternative. This paper considers the development and investigation of a multicomponent alloy of the Cr-Ni-Co-Fe-Mo system, obtained by electric arc welding using specialized powder wire. The main attention is paid to the study of microstructural features, the distribution of microhardness, and the determination of nonmetallic inclusions in the deposited layer. The choice of this system of elements is due to their complementary properties: chromium (Cr) provides increased corrosion resistance, nickel (Ni) improves ductility and heat resistance, cobalt (Co) increases heat resistance, iron (Fe) serves as the base of the alloy, and molybdenum (Mo) promotes hardening at high temperatures. The combination of these elements makes it possible to obtain a material with a unique balance of characteristics, which makes it promising for use in the aerospace industry, energy, oil and gas industry and other high-tech fields. In the course of the study, comprehensive tests were carried out, including metallographic analysis and microhardness measurements using the Vickers method. Special attention is paid to the identification and classification of non-metallic inclusions, since their presence can significantly affect the operational properties of the material. The results obtained allow us to draw conclusions about the prospects for further study and optimization of this class of alloys for industrial implementation.

Keywords: surfacing; powder wire; welding flux; hard alloys; microhardness; nonmetallic inclusions; microstructure

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040082

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):365-378

Melts 2025;(4):

Modeling of crystallization of iron-carbon melts with alloying additives of Al, V, Ti taking into account chemical reactions

Krashaninin V.A.

Solidification is one of the main links in the process of obtaining and processing metals. The structure and properties of the casting and ingot intended for further processing are determined mainly by the solidification process. Elimination or at least reduction of chemical heterogeneity and internal defects in the cast state allows to expand the scope of application of castings and reduce the number of defects, significantly improve the mechanical properties of the products obtained. It should be noted that the processes of metal and alloy solidification and, in particular, primary crystallization have not been sufficiently studied at present. This is explained primarily by the complexity of the processes of nucleation and growth of primary crystallites and the large variety of variable factors that appear during the crystallization of technical alloys. The issue of heterogeneity and internal defects of cast metals and alloys continues to be the focus of attention of scientists and practitioners. The processes of steel production and subsequent processing are based on numerous and varied transformations. Among such transformations, which have a strong influence on the quality and operational properties of the finished steel, are reactions of formation and dissolution of non-metallic inclusions both in molten and solid metal. The efficiency of a particular technological operation of steelmaking ultimately depends on the completeness of the corresponding chemical reactions. The final concentrations of carbon and alloying elements in steel, as well as the concentrations of harmful impurities, depend on how far these reactions go. A physical model of cooling and crystallization for simulating solidification of multicomponent iron melts taking into account chemical reactions between the components and software have been developed. The model is based on the theory of a quasi-equilibrium two-phase zone. The law of conservation of mass is fully satisfied. The model uses a parameter that takes into account the diffusion coefficient of carbon in the solid phase, the distance between the second-order dendritic axes and the local solidification time. The chemical interactions during crystallization in the Fe-C-N-Al-V-Ti system have been simulated and it has been shown that taking into account chemical reactions and diffusion of components in the solid phase has a significant effect.

Keywords: melt, crystallization, quasi-equilibrium, two-phase zone, liquidus, chemical reactions, activity of components

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040093

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):379-393

Melts 2025;(4):

The effect of nanoscale samples of silver and polyoxometallate {Mo72Fe30} on the reactions of peroxidation of organic compounds

Menshikov S.Yu., Kurmacheva V.S., Fedorov S.A., Malyshev A.N., Tonkushina M.O., Ostroushko A.A.

Nanoscale catalytic systems are interesting from the point of view of their application in the field of ecology, organic synthesis, in particular, in redox reactions, where high catalytic activity is required using small amounts of a catalyst. Such reactions are often advisable to implement in liquid media or solutions. The high specific surface area of nanostructured materials has a positive effect on the catalytic activity in cases where their sufficient wettability and contact with a liquid substrate are ensured. When using the above-mentioned catalysts, for this reason, it is necessary to find optimal conditions for the implementation of target reactions in order to prevent possible processes of agglomeration and deactivation of catalytic systems. The different chemical nature of catalytic materials has a very significant effect on the selectivity of oxidation processes in relation to different substances. Therefore, in principle, it is possible to create catalysts that selectively oxidize certain compounds in complex mixtures. The article presents the results of studying the kinetics of liquid-phase catalytic oxidation of water-soluble organic substances by peroxide compounds in the presence of a nanoscale sample of metallic silver, nanocluster polyoxometalate {Mo72Fe30}, heterogeneous iron molybdate and highly dispersed bronze powder of the PBVD brand. Phenol and ethylene glycol were used as model organic substances, the conversion of which was determined during the reaction by gas chromatography with a flame ionization detector, and saturated solutions of potassium persulfate and 36% hydrogen peroxide were used as oxidizing agents. For the catalyst samples that showed the highest substrate conversion, the reaction rate constants were calculated using the Origin program using the pseudo-first order equation. Some oxidation products have also been identified using a mass spectroscopic detector. Porous spherical nanocluster polyoxometalate {Mo72Fe30} turns out to be a more effective catalyst for the oxidation of phenol with persulfate in alcoholic solutions, compared with Fe2(MoO4)3. Among the studied catalysts of liquid-phase peroxidation of ethylene glycol, colloidal silver has the greatest catalytic effect on the oxidation process.

Keywords: kinetics, polyoxometalate, keplerate, nanoscale silver, PBVD powder, iron molybdate, catalytic properties, oxidation, gas chromatography

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040106

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):394-404

Melts 2025;(4):

Influence of heat treatment on the structure of a blank made of heat-resistant nickel alloy EP741NP from metal powder obtained by gas atomization

Demchenko A.A., Khlybov A.A., Demchenko A.I.

The prospects of using granule metallurgy technology for manufacturing gas turbine engine (GTE) disk blanks are considered. It is shown that there are two main meth ods for obtaining powder for manufacturing gas turbine engine parts – gas atomization and centrifugal spraying of cast high-speed rotating blanks. The main advantages and disadvantages of the above methods of obtaining metal powders are considered. Metal powder was obtained from heat-resistant nickel alloy EP741NP by gas atomization. The mode of hot isostatic pressing of the compacted blank was carried out. The chemical composition of the EP741NP alloy blank after hot isostatic pressing (HIP) was studied. Samples were cut to assess the effect of heat treatment on the structure of the studied blank. Factors influencing the selection of heat treatment modes for samples were analyzed. he heat treatment modes were selected to assess the influence of temperature-time parameters on the structure of the studied samples of the obtained HIP workpiece. The results of the microstructure analysis after HIP and heat treatment (HT) of the workpiece made of heat-resistant nickel alloy EP741NP from metal powder obtained by gas atomization are presented. The changes in the composition and quantity of carbide phases during heating are analyzed. The processes occurring during the decomposition of a supersaturated solid solution, coagulation of primary and secondary phases, dissolution of primary and secondary phases, and melting are considered. The temperature and time parameters at which the greatest change in the amount of carbide phases occurs are recorded. The results of digital analysis of the distribution of the intermetallic phase after hot isostatic pressing and heat treatment at the periphery and in the center of the samples are presented. The results of the influence of heat treatment on the formation of intermetallic phases are presented, and the influence of the selected heat treatment modes on the structure and grain grade of the studied samples is considered. Microstructural analysis of samples after hot isostatic pressing and various heat treatment modes was performed using optical and scanning electron microscopy. An optimal heat treatment mode was selected that promotes an increase in the volume fraction and average diameter of intermetallic phase components of the EP741NP alloy structure.

Keywords: gas atomization, HIP, heat-resistant nickel alloy, gas turbine engine, microstructure, intermetallic phases

DOI Rus: 10.31857/S0235010625040118

DOI Eng:

Rasplavy 2025;(4):405-417

Melts 2025;(4):

Congratulations on the anniversary of professor V.V. Pavlov!

On May 29, 2025, renowned scientist, professor, and Doctor of Chemical Sciences Valery Vasilyevich Pavlov turned 85.

Rasplavy 2025;(4):418-418

Melts 2025;(4):

Journal «Melts» №3, May – June 2025

C O N T E N T

Production of Al-Y alloy via electrolysis of KF-NaF-AlF₃-Y₂O₃ melt

Rudenko A.V., Filatov A.A., Suzdaltsev A.V.

One of the ways to increase the efficiency of aluminum production is the use of low-tem-perature electrolytes and the production of demand aluminum master alloys. Earlier it was noted that it is effective to obtain aluminium master alloys via electrolysis of low-tem-perature electrolytes, allowing to arrange production without the need to obtain individual alloying elements and aluminium. It is relevant both from the practical and scientific point of view is the study of the possibility of obtaining aluminium master alloys with such electronegative elements as scandium, yttrium, strontium and calcium, etc. In this paper, the possibility of obtaining the Al-Y master alloy during electrolysis of a low-temperature electrolyte based on the KF-AlF₃ system with the addition of Y₂O₃ at a temperature of 800°C was studied. For this purpose, the kinetics of the cathode process on a molyb-denum and glassy carbon electrode was studied in the melt under study with different oxide content using chronovoltammetry method. It is shown that the addition of Y₂O₃practically does not affect the voltampere dependences and the mechanism of the pro-cess, increasing the cathodic currents of reduction of aluminium and yttrium ions, as well as the anodic currents of oxidation of cathodic reaction products. Based on electrochemical measurements, it was assumed that the co-reduction of aluminum with yttrium is possible at current densities above 0.4-0.5 A/cm². The process of obtaining Al-Y alloys in the KF-NaF-AlF₃ melt with the addition of 1 wt% Y₂O₃ under conditions of aluminothermic synthesis and galvanostatic electrolysis of the melt at a cathodic current density of 0.5 and 1.0 A/cm² was studied. As a result of aluminothermic reduction, an alloy with an yttrium content of no more than 0.07 wt.% was obtained, while during electrolysis, Al-Y master alloys with an yttrium content from 0.75 to 1.28 wt.% were obtained. The obtained values correspond to the extraction of yttrium from its oxide of 4.4; 47.5 and 81.3. It is suggested that the increase of synthesis duration and periodic loading of Y₂O₃ into the melt will allow to obtain Al-Y master alloys with increased yttrium content.

Keywords: aluminum electrolysis, low-temperature electrolyte, ligature, Al-Y, voltammetry, electrolysis, extraction

DOI Rus: 10.31857/S0235010625030016

DOI Eng: 10.7868/S30345715250301e6

Rasplavy 2025;(3): 181-191

Melts 2025;(3): 143-150

Structure and thermal properties of the glass-forming system Na₂O – Al₂O₃ – P₂O₅

Zakiryanov D.O., Vlasov M.I.

Phosphate glasses can be used as immobilization matrices for radioactive waste. To choose the most suitable compositions for this purpose, it is important to observe data on both the glass structure and physicochemical properties. In the present work, the classical molecular dynamics method was used to evaluate a number of physico-chemical properties of Na₂O – Al₂O₃ – P₂O₅ glass with a mass fractions 0.25 – 0.25 – 0.5, respectively, which is considering as a base glass for complex immobilization matrices. The model system was smoothly cooled from the melt at T = 2300 K down to room temperature. During cooling, the temperature dependences of the densi-ty and heat capacity were obtained. According to the calculation, the specific heat capacity of the glass at room temperature is 1.17 J/(g*K). The calculated the radial distribution functions and time dependences of the mean squared ion displacements show that the ensemble at room temperature is in a glassy state. A detailed analysis of the local structure, including the statistics of local environments [MeO_n], was carried out. The glass is shown to contain [PO₄] tetrahedra combined with [AlO₅] and [AlO₆], as well as various sodium groupings. The maxima of the radial distribution functions of P-O, Al-O and Na-O lie at 1.50, 2.02 and 2.45 Å, respectively, which is in good agreement with the reference data on the structure of glasses with similar compositions. In addition, the density of 2.526 g/cm³ calculated for room temperature is within the range of typical densities of phosphate glasses and matches the experimentally measured value. For the room-temperature glass, the vibrational densities of states are calculated. The characteristic vibrational frequencies of alu-minum and phosphorus are in the regions of 450 cm^-1 and 1300 cm^-1, respectively, which agree with the experimental Raman spectra semi-quantitatively. To calculate thermal conductivity, nonequilibrium molecular dynamics was used, where the heat flux was simulated in the cell and the temperature gradient was recording. The calculated thermal conductivity and thermal diffusivity are equal to 1.35 W/(m*K) and 4.57*10^–7m²/s, respectively.

Keywords: local structure, phosphate glasses, classical molecular dynamics, Buckingham potential

DOI Rus: 10.31857/S0235010625030024

DOI Eng: 10.7868/S30345715250302e3

Rasplavy 2025;(3):192-204

Melts 2025;(3): 151-160

Surface properties of oxide-fluoride compounds formed during the aluminothermic synthesis of high-entropy alloys

Russkih A.S., Zhilina E.M., Osinkina T.V.

This work presents thermodynamic modeling and experimental study of the oxide-fluoride phase formed during the production of high-entropy refractory, lightweight alloys of the Al–Ti–Zr–V–Nb system by the method of combined aluminothermic reduction from metal oxides of titanium, zirconium, niobium and vanadium. The aim of the work was to determine the optimal conditions for obtaining such alloys and to find the characteristics of phase separation. Modeling showed that the formation of a lightweight and refractory alloy requires temperatures of at least 1600°C and an aluminum content in the range of 15 to 40 atomic percent. In this case, it is recommended to use a small excess of aluminum in the charge to ensure the transition of some aluminum to the metallic phase. Calculations of surface tension and density showed a significant difference between the metallic and oxide-fluoride phases, which contributes to the settling of the metallic melt to the bottom of the crucible and the formation of a clear separation boundary between the two phases. Interfacial tension in the range of 1000–1600 mJ/m² ensures minimal wetting of the slag by the metal and reduces the amount of non-metallic inclusions in the metal, which has a positive effect on the quality of the final product. It is noted that an increase in the number of components in the melt complicates the selection of empirical coefficients, which limits the accuracy of the calculation by the empirical method. Chemical analysis of the oxide-fluoride phase after the experiment confirmed the presence of zirconium and titanium oxides in it, which increase the surface tension and density compared to the calculated values. However, these parameters remain below the corresponding values of the metallic phase, which ensures effective phase separation and the formation of a solid metal ingot without excessive adhesion to the oxide-fluoride phase. The results obtained demonstrate the promise of the selected conditions for the production of high-quality high-entropy alloys and can be used for further evaluation calculations and optimization of technological processes.

Keywords: refractory high-entropy alloys, oxide-fluoride melt, surface properties, density

DOI Rus: 10.31857/S0235010625030033

DOI Eng: 10.7868/S30345715250303e2

Rasplavy 2025;(3):205-217

Melts 2025;(3): 161-171

Evaporation of the LICl–KCl–LaCl₃–CeCl₃–NdCl₃–UCl₃ molten mixtures

components at reduced pressures

Salyulev A.B., Mullabaev A.R., Nikolaev A.Yu., Kovrov V.A., Zaikov Yu.P., Mochalov Yu.S.

The present paper provides a brief review of the available data on the saturated vapor pressure and relative volatility of various individual chlorides (LiCl, KCl, NdCl₃, CeCl₃, LaCl₃, UCl₃) being present in the processes of pyrochemical reprocessing of spent nuclear fuel (SNF). It is shown that alkali metal chlorides are the most volatile. The volatility of rare earth metal and uranium trichlorides in the temperature range of 500–1000°C is 2–5 orders of magnitude lower. High-temperature vacuum distillation of components of molten chloride electrolytes based on the LiCl–KCl eutectic, placed in nickel boats containing uranium and rare earth metal trichlorides, was carried out under various conditions: temperature range 700–1000°C, exposure time 0.4–4 h, vac-uum degree 2·10^-3–2 Pa, UCl₃and REE trichlorides concentrations 0.25–1.7 mol. % and 0.13–0.7 mol. % (in total), respectively. The redistribution of salt components between the melt and vapor condensates was determined. It follows from the exper-imental data obtained in this study that alkali metal chlorides (LiCl, KCl) and REE chlorides (NdCl₃, CeCl₃, LaCl₃) can be fairly quickly (in 2–4 h) and completely dis-tilled from a multicomponent salt electrolyte at the temperatures up to 850–900°С; their concentrations in the electrolyte by the end of distillation decrease by 2.5–4 orders of magnitude (for more volatile alkali chlorides – to a greater extent). Under the same conditions, the content of uranium compounds (in the form of UCl₃) can be reduced by no more than an order of magnitude, apparently due to incongruent (occurring with decomposition) evaporation of trichloride. Increasing the temperature above 900°С has little effect on the completeness of distillation for all components of molten mixtures. Conclusions have been made about the relative volatility of the components of molten salt mixtures (chlorides of alkali metals, REE and uranium). Optimal distillation modes have been selected. The dependences found may be useful for developing promising SNF processing schemes using salt distillation.

Keywords: distillation, evaporation, molten mixtures, LiCl, KCl, LaCl₃, CeCl₃, NdCl₃, UCl₃

DOI Rus: 10.31857/S0235010625030047

DOI Eng: 10.7868/S30345715250304e4

Rasplavy 2025;(3):218-236

Melts 2025;(3): 172-186

Corrosion of 10CrNi45Al alloy in an oxidizing gas atmosphere

Karfidov E.A., Seliverstov K.E., Filippov I.D., Nikitina E.V., Dedyukhin A.E., Zaykov Yu.P.

One of the basic technological operations of the currently developed pyrochemical tech-nology for reprocessing spent nitride nuclear fuel from fast neutron reactors (SNF RBN) is high-temperature treatment (HTT) in a gas environment. The aim of the work was to study the effect of oxygen-containing gas environments: a dry mixture of Ar-20 vol. % O₂and a mixture of Ar-20 vol. % O₂, with 60% humidity for the degradation of 10CrNi45Al alloy, a candidate material for the manufacture of the HTT apparatus. Corrosion tests lasting up to 1000 hours were carried out at 500°C. It was established by the X-ray diffraction method that the main corrosion products formed on the surface of samples kept in a dry gas atmosphere are Al₂O₃, Fe₂O₃ and NiFe₂O₄. The presence of moisture in the gas environment contributes to the formation of NiO and NiСrO₄. In a dry gas mixture, an outer layer is observed on the surface of the sample, which is individual fragments of corrosion products: oxide compounds of iron, chromium, nickel. The surface of the material is covered with a continuous film with a thickness of 2 to 5 μm based on aluminum oxide. For samples tested in a wet gas mixture, a violation of the continuity of the internal protective layer was revealed. The outer loosened layer consists of iron oxides, under which a layer with a predominant content of oxygen-containing chromium compounds was revealed.

Keywords: high-temperature treatment, corrosion, 10CrNi45Al, spent fuel recycling, oxidizing gaseous atmosphere, H₂O

DOI Rus: 10.31857/S0235010625030052

DOI Eng: 10.7868/S30345715250305e4

Rasplavy 2025;(3):237-249

Melts 2025;(3): 187-196

The influence of the oxidation-reduction potential of the environment on the corrosion of 12Cr18Ni10Ti steel in the melt (LiCl-KCl)_eut.–UCl₄/UCl₃

Karfidov E.A., Seliverstov K.E., Mushnikov P.N., Karimov K.R., Nikitina E.V., Dedyukhin A.E.

Currently, high-temperature technology for processing spent nuclear fuel using molten salts is being actively developed. One of the key stages of this technology is electro-refining using a salt composition based on LiCl-KCl as an electrolyte. High operating temperatures and changes in the composition of salt electrolytes as a result of ongoing technological processes cause increased aggressiveness of the melt with respect to structural materials. The work investigated the effect of changing the oxidation-reduction potential of the medium, set by introducing uranium chlorides into the salt electrolyte (the pro-portion of trivalent uranium chlorides in the additive 2 wt.% UCl₄/UCl₃ from 5 to 95%) on the corrosion characteristics of 12Cr18Ni10Ti stainless steel in a melt of lithium and potassium chlorides. Corrosion tests lasting 100 hours were carried out at a temperature of 550°C in an inert gas environment of argon with a water content of less than 0.1 ppm and oxygen content of less than 10 ppm. The oxidation-reduction potential of the environment was determined both relative to the chlorine and relative to the lithium dynamic reference electrode (Li⁺/Li). With the predominant introduction of UCl₃ into the melt, a decrease in the corrosion rate is observed (up to 0.005 g/(m²•h)). In the same time with the introduction of the tetravalent form of uranium chloride a significant increase in the corrosion rate of 12Cr18Ni10Ti steel (up to 0.703 g/(m²•h)) relative to the corrosion rates obtained as a result of corrosion tests in the eutectic melt of LiCl-KCl without additives (0.062 g/(m²•h). With an experimentally measured value of the ORP of the melt (LiCl-KCl)eut.–UCl₄/UCl₃ (relative to the lithium dynamic reference electrode) from 1.78 to 2.08 V, the corrosion rate of 12Cr18Ni10Ti steel is lower than the value of the corrosion rate of this steel in the eutectic melt of lithium and potassium chlorides.

Keywords: LiCl-KCl, 12Cr18Ni10Ti, high-temperature corrosion, uranium chlorides (+3, +4), oxidation-reduction potential of the environment, recycling of spent fuel from frequency refuel

DOI Rus: 10.31857/S0235010625030065

DOI Eng: 10.7868/S30345715250306e2

Rasplavy 2025;(3):250-260

Melts 2025;(3): 197-205

Impact of hydrocarbonate treatment on corrosion resistance of copper, nickel, and stainless steels in the NaOH melt

Yurkinsky V.P., Firsova E.G., Baturova L.P.

The paper focuses on the research into impact of hydrocarbonate treatment in the boiling 1 М solution of NaHСО₃on the corrosion resistance of copper, nickel, and low-carbon chromium-nickel stainless steels during their corrosion testing in the NaOH melt at the range of temperatures from 400 to 500°С. The hydrocarbonate treatment of materials was conducted for two hours following holding them (treatment) in the NaOH melt preliminary dewatered and deaerated by Ar in intervals multiple of 96 h. The total duration of corrosion tests was 288 h. The microstructure and phase composition of surface layers that formed on materials under study during corrosion tests in the NaOH melt coupling with hydrocarbonate treatment were investi-gated using X-ray phase analysis and electron microscopy methods. It has been found that the hydrocarbonate treatment of materials neither affects the total corrosion rate for the materials under study in the NaOH melt in the given temperature range. It has been discovered that the hydrocarbonate treatment of nickel containing three oxide phases – NiO, Ni(OH)₂ и γ-NiOOH – after being held in NaOH melt impacts the proportions of the oxide phases. Nickel oxyhydroxide (NiOOH) is unstable in aqueous weakly alkaline solutions bound to and is spontaneously reduced to nickel dioxide (NiOOH → Ni(OH)₂) resulting in the formation of a passive film on the nickel surface. The film consists of two oxide phases (NiO и Ni(OH)₂) and has high protective properties. In the course of the hydrocarbonate treatment of copper, which after having been held in the NaOH melt contains a 2-layer film of oxides Cu/Сu₂О/ СuО in the surface layer, oxide and carbonate layers with higher protective proper-ties do not form. The hydrocarbonate treatment of stainless steel containing 17.5 and 18.5 % Ni and (6.0 – 6.5) % Mo demonstrating increased corrosion resistance in the NaOH melt at temperatures not exceeding 500°С (as nickel does) does not affect the corrosion resistance of the alloy elements. Doping the steel of the given composition with such alloying elements as copper, manganese, and silicon, which might cause local depassivation of steel under certain conditions, does not affect the protective properties of the passive steel film forming in the NаOH melt. Such film consists of oxides (hydroxides) of predominantly corrosion resistant chromium (Cr₂O₃) and nickel compounds (NiO, Ni(OH)₂) or their mixed oxides NiCr₂O₄ (NiO·Cr₂O₃), as well as ferrous oxides Fe₃O₄ γ-Fe₂O₃. As the nickel and molybdenum content in the steel decreases (to 13.0 % and 2.0 % respectively), or temperature of the NаOH melt increases up to 600°С, more defective porous oxide layers form on the steel surface. They contain a larger portion of less stable ferrous (II, III) and nickel (II) oxides: FeO, NiO, Fe₂O₃ as well as a small amount of mixed oxides NiCr₂O₄ (NiO·Cr₂O₃) leading to increase in corrosion rate.

Keywords: sodium hydroxide melt, corrosion resistance, copper, nickel, stainless steel, hydrocarbonate treatment

DOI Rus: 10.31857/S0235010625030079

DOI Eng: 10.7868/S30345715250307e3

Rasplavy 2025;(3):261-274

Melts 2025;(3): 206-216

For the anniversary of Potapov A.M.

On June 1, Alexey Mikhailovich Potapov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Leading Researcher at the Corrosion Laboratory of the Institute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, and Professor at the Department of Chemistry at the Ural State Mining University, turns 65.

Rasplavy 2025;(3):275-276

Melts 2025;(3): 217-218