CN102660692A - 超导NbTi合金的熔铸制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种超导NbTi合金的熔铸制造方法，将高熔点金属铌提纯铸锭，制成铌棒；将较低熔点的海绵活性金属钛压制成半圆柱型瓦片，在惰性气体保护下将铌棒、瓦片组焊成自耗电极，再进行二次以上的电弧熔炼；采用本发明得到的NbTi合金无夹杂，均匀性高，间隙元素少，塑性好，对制造大规模应用的细芯、高载流能力、低成本的合金材料是极其有利的。
Description
技术领域
本发明属于超导材料的生产制造方法， 涉及一种采用真空自耗电弧炉将高熔点难熔金属与较低熔点金属熔铸制成超导合金锭的方法，特别是一种超导NbTi合金的熔铸制造方法。
背景技术
采用电子束炉提纯的高熔点难熔金属铌与较低熔点的海绵活性金属钛经过组焊而成的电极，在真空自耗电弧炉中熔铸成超导合金锭，主要用于建造超导高能加速器、超导MRI医药诊断装置、受控核聚变新能源开发装置、超导储能实施工程、超导磁悬浮高速列车、高速推进装置系统等大型工程的超导材料制造，还可用于宇航结构材料等方面。
目前在国际上，NbTi超导合金的制备方法有用铌粉、钛细粒作为原料来制备自耗电极的，也有用铌板、钛板来组配电极的，还有采用铌棒与钛棒组焊来制备电极的，这些不同的方法制成的电极在真空自耗电弧炉熔铸两次以上制得NbTi超导合金铸锭常常有不熔透的铌，钛斑等宏观夹杂物，使得NbTi超导体合金锭不均质，间隙元素杂质多，影响超导材料的冷加工塑性，且对其超导载流能力也有严重影响。此外，国内外熔铸NbTi超导合金铸锭的电极制备过程中，由于铌、钛等原料的加工制造过程工序繁复、周期长，外来污染大，致使超导合金的中间隙元素增多，塑性变差。这对制造细芯、高载流能力的NbTi合金超导材料是极其不利的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种能有效提高超导合金铸锭质量、合金铸锭的均匀性的超导NbTi合金的熔铸制造方法。
本发明的目的按照下述方案实现：
一种超导NbTi合金的熔铸制造方法，将高熔点金属铌提纯铸锭，制成铌棒；将较低熔点的海绵活性金属钛压制成半圆柱型瓦片，在惰性气体保护下将铌棒、瓦片组焊成自耗电极，再进行二次以上的电弧熔炼；
上述铌棒的制备过程为：首先将经过熔炼提纯的铌锭加工成满足尺寸要求的铌棒，进行车加工，去除表面污染层，去除量应不少于1mm；
第一次电弧熔铸在真空自耗电弧炉中进行，熔化功率为200kW-500kW，使水冷铜坩埚里的熔体合金形成深、阔熔池，过热度高的组元熔体滴入熔池，流动性好的熔体在熔池中受电磁力、高温强热流的作用剧烈搅拌，熔铸成一次超导合金锭；
电弧熔铸至少两次以上，将上一次合金铸锭再进行大功率熔铸，熔铸功率为300kW-600kW。
采用本发明的方法，将高熔点金属锭与较低熔点的海绵活性金属压制成的半圆环柱体型瓦片组焊制备自耗电极，在自耗熔炼中都能熔化成熔体，并在强烈电磁搅拌下组分熔体充分混合，有效促使合金均匀化，避免了铸锭中的不熔块。本发明的方法，工艺简便，外来污染少，生产效率高，成本低廉。制得的NbTi合金无夹杂，均匀性高，间隙元素少，塑性好，对制造大规模应用的细芯、高载流能力、低成本的合金材料是极其有利的。
附图说明
图1是低熔点的海绵活性金属钛压制成半圆柱型瓦片结构示意图。
实施例1：
采用经过提纯的铌锭，经过锻打成棒，进行车加工，去除表面污染层，去除量应不少于1mm，取用Ф86×1450mm的铌棒，将海绵钛压制成如图1所示的8半圆柱形瓦片，单片瓦片的重量为7.72Kg,在氩气保护下将铌棒、瓦片进行组焊，要求焊牢、平整。将该电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼功率为250kW，将一次熔炼后得到的铌钛超导合金一次锭，制成直径为220mm的铌钛自耗电极，用300kW以上的熔化功率，在真空自耗炉中重熔，熔体充分搅拌，使铌钛进一步均匀化，得到铌钛合金二次铸锭。
实施例2：
采用经过提纯的铌锭，经过锻打成棒，进行车加工，去除表面污染层，去除量应不少于1mm，取用Ф80×1450mm的铌棒，将海绵钛压制成如图1所示的8个半圆柱形瓦片，单片瓦片的重量为9.2Kg,在氩气保护下将铌棒、瓦片进行组焊，要求焊牢、平整。将该电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼功率为230kW，将一次熔炼后得到的铌钛超导合金一次锭，制成直径为220mm的铌钛自耗电极，用300kW以上的熔化功率，在真空自耗炉中重熔，熔体充分搅拌，使铌钛进一步均匀化，得到铌钛合金二次铸锭。
Claims (6)
1.一种超导NbTi合金的熔铸制造方法，将高熔点金属铌提纯铸锭，制成铌棒；将较低熔点的海绵活性金属钛压制成半圆柱型瓦片，在惰性气体保护下或真空状态下将铌棒、瓦片组焊成自耗电极，再进行二次以上的电弧熔炼。
2.如权利要求书1所述超导NbTi合金的熔铸方法，其特征在于上述铌棒的制备过程为：首先将经过熔炼提纯的铌锭加工成满足尺寸要求的铌棒，进行车加工，去除表面污染层，去除量应不少于1mm。
3.如权利要求书1所述金属铌的提纯熔炼方式有电子束熔炼、电弧熔炼、等离子熔炼、电子束冷床熔炼一种或几种熔炼方式的结合。
4.如权利要求书1所述钛的形式为海绵钛经压制而成的半圆柱型瓦片，铌的形式为铌棒；铌棒与钛瓦的结合方式为在惰性气体保护或真空状态下进行组焊而成。
5.如权利要求书1所述超导NbTi合金的熔铸方法，其特征在于第一次电弧熔铸在真空自耗电弧炉中进行，熔化功率为200kW-500kW，使水冷铜坩埚里的熔体合金形成深、阔熔池，过热度高的组元熔体滴入熔池，流动性好的熔体在熔池中受电磁力、高温强热流的作用剧烈搅拌，熔铸成一次超导合金锭。
6.如权利要求书1所述超导NbTi合金的熔铸方法，其特征在于电弧熔铸至少两次以上，将上一次合金铸锭再进行大功率熔铸，熔铸功率为300kW-600kW。
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