[发明专利]铌合金的制造方法

说明书

本发明涉及铌基合金的制造方法，特别是作为超导电材料的Nb-Ti，Nb-Ti-Zr，Nb-Ti-Ta等合金的制造方法。

这类合金往往是先将原料制成电极，然后用电弧炉或等离子炉熔炼而成。电极的制备方法有板材层叠法，粉末原料压制法，屑状原料压制法等。

特公昭55-6089文献中提出先分别将原材料铌和钛加工成板，然后交互层叠，经焊接定位后成电极。由于要先将铌、钛分别加工成板材，因此工艺繁杂，金属利用率低，成材过程中易受污染。在熔炼过程中，易出现铌不熔块。

特开昭56-139639中提出的铌合金的制造方法是将一定比例的铌屑与海绵Ti分批加入等离子炉的容器中，用等离子弧加热连续熔化合金制成电极，再经电弧炉熔炼而成。这样制成的合金偏析小，但屑状原料易受氧、铁、硅等杂质污染，又不易清洗，熔炼时气体量大，等离子弧不稳定，金属飞溅多。

特开昭57-134531则提出用铌粉和钛粉或铌粉和海绵钛先轧制成板状;或者将合金屑先氢化、破碎成粉，再除氢后轧制成板状。然后用等离子弧加热制得电极，用电弧炉熔炼制成合金锭。这种工艺具有特开昭56-139639类似的问题。

文献（Treatise    on    material    science    and    technology    vol.14，1977.）中报导了一种粉末法制铌基合金的工艺。将铌锭先轧成板、铌板氢化、破碎成粉末、除氢后的铌粉与钛粉混合压成电极、至少经两次电弧炉熔炼成合金锭。该工艺除了将高纯铌锭轧成板材损耗大，工艺繁杂外，经除氢的铌粉需密封保管，长时间不用则铌粉易吸气污染。而且压制的电极密度低、强度低、导电性差、气体含量大、熔炼中金属飞溅多、电弧不稳定、电极易脱落、成份的均匀性不满足某些特殊需要的要求。

本发明的目的是要提出一条适用于铌基合金的制造方法，以提高金属铌的利用率和合金成份的均匀度。

本发明的另一目的是提出一种工艺简单的合金的制造方法。

本发明的又一目的是使制成的合金基本上能消除高熔点金属的不熔块。

本发明的再一个目的是减少在熔炼过程中的金属飞溅和放气量，使熔炼前的准备和熔炼过程更易于进行和控制。

本发明提出的铌合金的制造方法主要包括将氢化铌粉与钛、钽、锆、铪中的一种或几种粉末混合、压制成电极、经烧结后熔炼成合金。熔炼可在真空电弧炉中进行，也可在等离子炉中进行。

为减少高熔点金属的不熔块，高熔点金属的粉末粒度最好小于熔点较低金属粉末的粒度。低熔点金属粉末的粒度最好小于20目，粒度太大会影响最终合金的均匀度。

为了简化工序，减少铌的损耗，氢化铌粉可用铌锭直接氢化、破碎制得。采用铌锭直接氢化，还可减少铌金属的污染。

钛、钽、锆、铪的粉末可以是氢化粉也可以用电解粉。

铌锭氢化前应先用氢氟酸和硝酸的混合水溶液清洗表面，置于炉中抽真空后以0.01-0.02MPa压力充氢升温到500-700度（摄氏），然后冷却到室温。反复数次后铌锭的含氢量应达到1%以上。提高氢气压力，则氢化效果更好，但需增强炉体的耐压力。压力过低，则氢化周期太长。经过氢化处理的铌锭可方便地破碎成各种粒度的粉末。

根据预定的铌合金的组成和比例，可将铌粉与钛、钽、锆、铪中的一种或几种粉末均匀混合，压制成所需尺寸的电极。可以模压成型，也可以等静压成型。压力为166-392MPa。

如有需要，也可用铌屑采用相同的工艺氢化后制得氢化铌粉。

压制好的电极需要烧结。烧结工序分为低温除氢和高温烧结两个阶段，在真空炉中进行。烧结的初期是除氢阶段，随着温度的升高，氢化物分解成新生态的金属，金属表面新鲜、活性大。除氢后进行高温烧结，在高温烧结时，这些活性较大的金属间易于互相扩散生成较低熔点的各种固熔体，这就有利于消除熔炼后铸锭中高熔点金属不熔块和提高均匀性。

除氢时预真空度为1.33×10^-2Pa级。随炉逐渐升温，200℃后逐渐放出氢气，在500-750℃下保温，待真空达到1.33×10^-2Pa级后，除氢阶段结束。继续升温到900-1600℃保温1-6小时，进行高温烧结。经烧结的电极致密度高，含气量小，金属间已部分形成固熔。

烧结后的电极经1-2次电弧炉或等离子炉熔炼制得合金。