Ниобиевые сплавы
Ниобиевые сплавы сохраняют хорошую пластичность даже при низких температурах (-196 °C). По сравнению с молибденом и вольфрамом, ниобий содержит более широкий спектр легирующих элементов и добавляется в больших количествах. Ниобий и его сплавы обладают хорошей стойкостью к коррозии расплавленных щелочных металлов, имеют малое сечение поглощения тепловых нейтронов (1,1 ПАН) и хорошую совместимость с ядерным топливом, что делает их пригодными для использования в качестве материалов в ядерных реакторах. Сплавы ниобия с титаном (например, Nb-50Ti) и соединения Nb3Sn обладают превосходными сверхпроводящими свойствами и являются практичными сверхпроводящими материалами. Некоторые сплавы ниобия с титаном и ниобия с цирконием обладают хорошей постоянной упругостью, неферромагнитными свойствами и коррозионной стойкостью, что делает их пригодными для изготовления упругих деталей специального назначения. Ниобий и некоторые ниобиевые сплавы обладают превосходной коррозионной стойкостью в большинстве химических сред и дешевле тантала, что делает их пригодными для изготовления коррозионно-стойких деталей в химической, текстильной и других отраслях промышленности.
Ниобий образует бесконечные твердые растворы с вольфрамом, молибденом и танталом; ограниченные твердые растворы с титаном, цирконием и гафнием; интерметаллические соединения с алюминием, оловом и никелем; а также соединения с углеродом, азотом и кремнием, обладающие высокой твердостью и температурой плавления. Легирование ниобием повышает его прочность, прежде всего, за счет упрочнения твердого раствора элементами замещения и дисперсными фазами, образованными элементами-соединениями, при сохранении хорошей пластичности чистого ниобия.
Основной эффект метода получения сплавов титан-ниобий-тантал-цирконий заключается в процессе плавления расходуемого электрода. С одной стороны, лигатура Ti-Nb-Ta, изготовленная методом порошковой металлургии, имеет теоретическую плотность ниже, чем у металлического Ta, что способствует хорошему сцеплению лигатуры с окружающими материалами.
С другой стороны, Ti в лигатуре Ti-Nb-Ta, изготовленной методом порошковой металлургии, имеет более низкую температуру плавления и плавится преимущественно. В лигатуре Ti-70Nb-10Ta объёмная доля порошка Ti составляет приблизительно 33%. В лигатуре Ti-75Nb-12.5Ta объёмная доля порошка Ti составляет приблизительно 23%. В лигатуре Ti-75Nb-12.5Ta на долю порошка Ti приходится приблизительно 23% объёма. Даже после спекания лигатура Ti-Nb-Ta сохраняет пористость 5–10%. После расплавления более четверти порошка Ti оставшийся Nb и Ta постепенно превращаются в пористый каркас Nb-Ta. Кроме того, порошкообразное сырье образует чрезвычайно тонкую пористую структуру. По сравнению с кристаллическими металлическими Nb и Ta, эта чрезвычайно тонкая пористая матрица Nb-Ta повышает свою активность и ускоряет плавление. По сути, она обеспечивает синхронное плавление с окружающей смесью губчатого титана и губчатого циркония. Более того, пористая матрица Nb-Ta имеет очень низкую плотность, что позволяет легко поддерживать окружающие материалы в стабильном состоянии, предотвращая образование комков и исключая риск сегрегации тугоплавких компонентов Nb и Ta.
Таким образом, лигатура Ti-Nb-Ta, изготовленная методом порошковой металлургии, преобразует кристаллические металлические Nb и Ta в пористую матрицу Nb-Ta в процессе вакуумно-дугового переплава. Она ускоряет плавление Nb и Ta, поддерживает стабильное состояние плавления материалов и обеспечивает получение однородных слитков сплава Ti-Nb-Ta-Zr.