Производство ниобиевых сплавов
Основой производства ниобиевых сплавов является очистка сырья и контроль процесса легирования. Производство ниобиевых сплавов включает четыре ключевых этапа: обработку сырья, выплавку сплава, пластическую формовку и последующую переработку для обеспечения стабильных характеристик конечного продукта.
Предварительная обработка сырья: очистка и подготовка. Цель этого этапа – очистка ниобиевого сырья (в основном из ниобиевой железной руды и танталит-ниобиевой руды) до чистоты, соответствующей требованиям для производства сплавов. Химическая очистка: с использованием процесса «кислотного растворения-экстракции» концентрат растворяется в смеси кислот, например, плавиковой и серной. Затем ниобий отделяется от таких элементов, как тантал и титан, с помощью экстрагента, в результате чего получается высокочистый пентаоксид ниобия (Nb₂O₅). Восстановление металла: высокочистый пентаоксид ниобия реагирует с алюминием, углеродом или водородом для получения порошка металлического ниобия чистотой более 99,5%. Для некоторых высокотехнологичных применений требуется очистка до 99,99%.
Из-за чрезвычайно высокой температуры плавления ниобия (2468 °C) для достижения равномерного смешивания с другими металлами (такими как титан, цирконий и гафний) для образования сплава требуются специальные процессы плавки. Электронно-лучевая плавка (ЭЛП): подходящий для применений, требующих более высокой чистоты, этот метод использует высокую плотность энергии электронного пучка для нагрева исходного сырья и его плавления в высоком вакууме, что позволяет дополнительно удалять примеси с низкой температурой плавления и повышать чистоту и однородность сплава. Слитки сплава подвергаются пластической обработке для получения полуфабрикатов в различных формах, таких как листы, прутки и проволока. Эта обработка улучшает микроструктуру сплава и повышает его механические свойства.
Горячая ковка: Слиток сплава нагревают до 1000-1400 °C (диапазон температур пластической обработки для ниобиевых сплавов) и проковывают в заготовки с помощью ковочного пресса. Это разрушает крупные зерна в литой структуре и измельчает размер зерна. Прокатка: Кованую заготовку прокатывают в лист или полосу путем горячей прокатки (высокая температура) или холодной прокатки (комнатная температура). В некоторых случаях требуются несколько циклов прокатки и промежуточных отжигов для устранения наклепа и обеспечения последующей обрабатываемости. Волочение: Для производства проволоки из ниобиевого сплава пруток постепенно протягивают через фильеру с промежуточным отжигом для контроля диаметра проволоки и чистоты поверхности, в конечном итоге получая проволоку тонкого диаметра, соответствующую требуемым характеристикам.