초전도 NbTi 합금을 제조하기 위한 주조 방법은 고융점 니오븀 금속을 정제하고 주조하여 잉곳으로 만들어 니오븀 막대를 형성하고, 저융점의 스펀지형 활성 금속 티타늄을 압착하여 반원통형 타일로 만들고, 불활성 가스 보호 하에 니오븀 막대와 타일을 용접하여 소모성 전극을 만들고, 마지막으로 전극을 2차 또는 그 이상의 아크 용융에 노출시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라 얻어진 NbTi 합금은 개재물이 없고, 균일성이 높으며, 침입형 원소가 적고, 가소성이 우수하여 미세 코어, 고전류 용량, 저비용 합금 소재를 대규모 응용 분야에 제조하는 데 매우 유리합니다.
NbTi 초전도 합금의 제조 방법에는 니오븀 분말과 티타늄 미분을 원료로 사용하여 소모성 전극을 제조하는 방법, 니오븀 판과 티타늄 판을 사용하여 전극을 조립하는 방법, 니오븀 봉과 티타늄 봉을 용접하는 방법 등이 있습니다. 이러한 다양한 방법으로 제조된 전극은 진공 아크로에서 두 번 이상 용융 및 주조되는 과정에서 불완전하게 용융된 니오븀 및 티타늄 반점과 같은 거시적인 개재물을 포함하는 경우가 많아 NbTi 초전도 합금 잉곳의 불균일성과 높은 농도의 침입형 원소 불순물을 초래합니다. 이는 초전도 재료의 냉간 가공성을 저해하고 초전도 전류 전달 용량에 심각한 영향을 미칩니다. 더욱이, 국내외 용융 주조 NbTi 초전도 합금 잉곳의 전극 제조 공정은 니오븀 및 티타늄과 같은 원료를 처리하는 복잡하고 시간이 많이 소요되는 공정을 포함하므로 상당한 외부 오염과 침입형 원소 증가를 초래하여 초전도 합금의 가소성을 저하시킵니다. 이는 미세 코어, 고전류 용량의 NbTi 합금 초전도체 재료 제조에 매우 해롭습니다.
초전도 NbTi 합금 제조 방법은 고융점 니오븀 잉곳을 정제 및 주조하여 니오븀 막대를 형성하고, 저융점의 스펀지형 활성 금속인 티타늄을 반원통형 타일로 압착하고, 불활성 가스 보호 하에 니오븀 막대와 타일을 용접하여 소모성 전극을 형성하고, 최소 두 번의 아크 주조를 수행하는 단계를 포함합니다.
니오븀 봉의 제조 공정은 다음과 같습니다. 먼저, 정제된 니오븀 잉곳을 치수 요건을 충족하는 니오븀 봉으로 가공한 후, 표면 오염층을 최소 1mm 이상 제거하기 위해 추가 가공합니다.
1차 아크 주조는 200kW~500kW의 용융 출력을 가진 진공 소모성 아크로에서 수행되며, 수냉식 구리 도가니 내에 깊고 넓은 용융 풀을 형성합니다. 고온의 과열 성분 용융물을 용융 풀에 떨어뜨리면, 전자기력과 고온의 강한 열 흐름에 의해 유동성이 매우 높은 용융물이 풀 내에서 격렬하게 교반되어 1차 초전도 합금 잉곳으로 주조됩니다.
최소 2회 이상의 아크 주조를 수행하며, 이전 합금 잉곳은 300kW~600kW의 고출력으로 주조됩니다. 본 발명의 방법은 고융점 금속 잉곳과 저융점 스펀지 활성 금속을 가압하여 형성된 반원형 원통 타일을 용접하여 소모성 전극을 제조하는 것을 포함한다. 소모성 용융 과정에서 두 구성 요소는 용융되어 하나의 덩어리를 형성하고, 강력한 전자기 교반 하에서 용융된 구성 요소들이 완전히 혼합되어 합금의 균질화를 효과적으로 촉진하고 잉곳 내 미용융 덩어리의 생성을 방지한다. 이 방법은 간단하고, 외부 오염이 최소화되며, 생산 효율이 높고, 비용이 저렴하다. 결과적으로 얻어진 NbTi 합금은 개재물이 없고, 균일성이 매우 높으며, 침입형 원소가 적고, 가소성이 우수하여 미세 코어, 고전류 용량 및 저비용 합금 소재를 대규모 응용 분야에 제조하는 데 매우 유리하다.
정제된 니오븀 잉곳을 봉으로 단조하고 표면 오염층(최소 1mm)을 제거하기 위해 가공한다. 직경 Ф86×1450mm의 니오븀 봉을 사용하여 스펀지 티타늄을 그림 1과 같이 8개의 반원형 원통 타일로 압착했습니다. 각 타일의 무게는 7.72kg입니다. 니오븀 봉과 타일은 아르곤 보호 하에 용접하여 견고하고 매끄러운 용접부를 확보했습니다. 전극은 먼저 250kW의 출력으로 진공 아크 재용융로에서 용융했습니다. 이렇게 얻은 니오븀-티타늄 초전도 합금 잉곳을 사용하여 직경 220mm의 니오븀-티타늄 소모성 전극을 만들었습니다. 이 전극을 동일한 용광로에서 300kW 이상의 출력으로 재용융하고, 니오븀과 티타늄을 더욱 균질화하기 위해 충분히 교반하여 2차 니오븀-티타늄 합금 잉곳을 얻었습니다.
정제된 니오븀 잉곳을 봉으로 단조하고, 표면의 최소 1mm 두께의 오염층을 제거하기 위해 가공했습니다. 80×1450 mm 크기의 니오븀 봉을 사용하여 스펀지 티타늄을 그림 1과 같이 8개의 반원통형 타일로 성형했습니다. 각 타일의 무게는 9.2 kg이었습니다. 니오븀 봉과 타일은 아르곤 분위기 하에서 용접하여 견고하고 매끄러운 용접부를 확보했습니다. 전극은 먼저 230 kW의 용융 출력을 가진 진공 아크로에서 용융시켰습니다. 1차 용융 후 얻은 니오븀-티타늄 초전도 합금 잉곳을 직경 220 mm의 니오븀-티타늄 아크로에 넣었습니다. 그런 다음 잉곳을 300 kW 이상의 용융 출력을 가진 진공 아크로에서 다시 용융시켰습니다. 용융물을 충분히 교반하여 니오븀과 티타늄을 더욱 균질화시켜 2차 니오븀-티타늄 합금 잉곳을 얻었습니다.
