超伝導NbTi合金を製造するための鋳造方法は、高融点ニオブ金属を精製してインゴットに鋳造し、ニオブ棒を形成する工程と、低融点スポンジ状の活性金属チタンを半円筒形のタイルにプレスする工程と、不活性ガスの保護下でニオブ棒とタイルを溶接して消耗電極にする工程と、電極を二次またはそれ以上のアーク溶解にかける工程とを含む。本発明を用いて得られるNbTi合金は、介在物がなく、高い均一性、少ない格子間元素、および良好な塑性を有しており、大規模用途向けの微細コア、高電流容量、低コストの合金材料の製造に極めて有利である。
NbTi超伝導合金の製造方法としては、ニオブ粉末とチタン微粉末を原料として消耗電極を作製する方法、ニオブ板とチタン板を用いて電極を組み立てる方法、ニオブ棒とチタン棒を溶接する方法などが挙げられる。これらの異なる方法で製造された電極は、真空アーク炉で2回以上溶融鋳造されると、ニオブやチタンの溶融不良などの巨視的な介在物を含むことが多く、その結果、NbTi超伝導合金インゴットに不均一性や格子間元素不純物の高濃度が生じます。これは超伝導材料の冷間加工性に影響を与え、超伝導電流容量を著しく低下させます。さらに、国内外を問わず、溶融鋳造NbTi超伝導合金インゴットの電極製造プロセスは、ニオブやチタンなどの原材料の加工に複雑で時間のかかる工程を伴うため、外部汚染が著しく、格子間元素が増加し、結果として超伝導合金の塑性が低下します。これは、細径で高電流容量のNbTi合金超伝導材料の製造にとって極めて有害です。
超伝導NbTi合金の製造方法は、高融点ニオブインゴットを精製・鋳造してニオブ棒を形成し、低融点スポンジ状活性金属であるチタンを半円筒状のタイルにプレス成形し、不活性ガス雰囲気下でニオブ棒とタイルを溶接して消耗電極を形成し、その後、少なくとも2回のアーク鋳造を行う工程を含む。
ニオブ棒の作製工程は以下のとおりである。まず、精製されたニオブインゴットを寸法要件を満たすニオブ棒に加工し、次に表面の汚染層を少なくとも1mm除去する。
最初のアーク鋳造は、溶解出力200kW～500kWの真空消耗アーク炉で行い、水冷式銅るつぼ内に深く広い溶融池を形成する。高過熱された成分溶融物を溶融池に滴下し、流動性の高い溶融物を電磁力と高温・強熱流によって激しく攪拌し、一次超伝導合金インゴットを鋳造する。
さらに少なくとも2回のアーク鋳造を行い、前述の合金インゴットを300kW～600kWの出力で高出力鋳造する。本発明の方法は、高融点金属インゴットと低融点スポンジ活性金属をプレス成形して作製した半円筒形タイルを溶接して消耗電極を作製する。消耗電極の溶融中に両成分は溶融塊となり、強力な電磁攪拌下で溶融成分が十分に混合されるため、合金の均質化が効果的に促進され、インゴット中の未溶融塊の発生を防ぐ。この方法は簡便で、外部汚染が最小限に抑えられ、生産効率が高く、低コストである。得られたNbTi合金は、介在物がなく、非常に均一で、侵入型元素が少なく、塑性も良好であるため、大規模用途向けの微細コア、高電流容量、低コストの合金材料の製造に極めて有利です。
精製されたニオブインゴットを棒状に鍛造し、表面の汚染層（少なくとも1mm）を除去するために機械加工します。直径Ф86×1450mmのニオブ棒を用いて、図1に示すようにスポンジチタンを8枚の半円筒形タイルにプレス成形します。各タイルの重量は7.72kgです。ニオブ棒とタイルは、アルゴン雰囲気下で溶接され、強固で滑らかな溶接部が得られます。電極は、まず250kWの出力で真空アーク再溶解炉で溶解されました。得られたニオブチタン超伝導合金インゴットを用いて、直径220mmのニオブチタン消耗電極を作製した。この電極を同じ炉で300kWを超える出力で再溶解し、ニオブとチタンをさらに均質化するために十分に攪拌することで、二次ニオブチタン合金インゴットを得た。
精製されたニオブインゴットを棒状に鍛造し、表面の汚染層を少なくとも1mm除去するために機械加工を行った。80×1450mmのニオブ棒を用いて、図1に示すようにスポンジチタンを8枚の半円筒形タイルに成形した。各タイルの重量は9.2kgであった。ニオブ棒とタイルはアルゴン雰囲気下で溶接し、強固で滑らかな溶接部を確保した。電極はまず、溶解出力230kWの真空アーク炉で溶解した。初回溶解後に得られたニオブチタン超伝導合金インゴットを、直径220mmのニオブチタンアーク炉に投入した。その後、溶解出力300kW以上の真空アーク炉で再溶解を行った。溶融金属を十分に攪拌してニオブとチタンの均質化をさらに進め、二次ニオブチタン合金インゴットを得た。
