ニオブチタン合金箔の製造と応用

Firmetal, 2026-7-9 09:05:00 PM

工業的には、ニオブチタン合金箔(NbTi合金箔/帯)とは、一般的に、Nb-Ti二元合金(典型的にはNb-46.5wt%TiまたはNb-47wt%Ti、すなわち重量比約50/50、NbTi50と表記されることもある)を基材として精密圧延によって得られる、厚さ0.1mm以下(極薄箔は0.02~0.05mmに達する)の帯状または箔を指します。

NbTi箔は、耐火金属合金を精密加工した製品です。一般的なプロセスフローは次のとおりです。1. 合金の溶解(インゴットの製造):高純度ニオブ棒/ブロックを、真空アーク再溶解(VAR)または電子ビーム溶解(EBM)を使用して、高純度チタンと一定の比率(通常はTi 46~48重量%)で混合します。一般的に、均一な組成を確保し、O/N/C不純物を低減するために、2~3回の再溶解が必要です(低温脆性を防ぐためにO < 100 ppmが必要です)。 2. 熱間加工: インゴットは、真空または不活性雰囲気下で約 900〜1100℃で熱間鍛造/熱間押出しされ、数ミリメートルの厚さに熱間圧延されて熱間圧延板/帯状材となり、鋳造組織が破壊され、結晶粒が微細化されます。 3. 熱間圧延/冷間圧延された箔シートは、酸化層を除去するために酸洗された後、複数回の冷間圧延パスを受けます。各パスの処理速度は 5%〜15% であり、累積変形が 50%〜70% に達したら、加工硬化を除去するために中間焼鈍 (真空焼鈍、700〜900℃、数十分から数時間保持) が必要です。圧延と焼鈍のサイクルを繰り返すことにより、箔は最終的に目標の厚さ (一般的に 0.03mm、0.05mm、0.1mm) に、幅 100〜300mm まで減少します。完成品の熱処理および表面処理:最終再結晶アニーリング:真空または高純度アルゴン雰囲気下、800~950℃で均一な再結晶構造を得ることで、低温塑性および超伝導特性を確保します。その後、表面を酸洗(HF+HNO₃系)または電解研磨して酸化層を除去し、光沢またはマットな表面(Ra < 0.5μm)を実現します。酸化を防ぐため、切断および真空包装を行います。品質管理の重要ポイント:化学組成の偏差は±0.5wt%以内に管理。酸素、窒素、炭素の不純物(低温靭性および臨界電流密度に影響)を厳密に管理。厚さ公差は通常±5%~±10%で、超音波またはX線厚さ測定により監視。

超伝導磁石部品 – 主要用途:MRI磁石NbTi超伝導線(NbTi棒を銅に引き伸ばして作られたもの)を巻いたソレノイド磁石は、1.5T/3.0Tの強力な磁場を発生させます。NbTi箔自体は、実験サンプル、遷移接続シート、または粒子加速器/シンクロトロン放射装置の低温電流リード補助層として使用できます。大型ハドロン衝突型加速器(LHC)と上海シンクロトロン放射施設は、NbTiマルチコア超伝導コイルを使用しています。NbTi箔は、磁石の層間絶縁パッド、低温均等化プレート、または実験室グレードの超伝導テーププロトタイプに使用されます。装置の円周/ポロイダル磁場磁石は、NbTi超伝導線を使用しています。 NbTi箔は、低温遮蔽層、磁石端部補強箔、または超伝導テープ研究用基板として使用できます。

超伝導複合線材/テープの製造の中間工程では、まずNbTiを0.1~0.3mmの箔に圧延し、人工ピン止め中心(APC)型NbTi超伝導線材を製造します。次に、この箔を純粋なNb箔と交互に重ねてNb棒に巻き付けます。最後に、Cuシースを挿入、押し出し、引き伸ばして、α-Tiピン止め相強化型超伝導複合線材を形成します。これはNbTi箔の最も特徴的な「半製品」用途であり、最終製品として直接使用されるのではなく、複合加工前の重要な形態として使用されます。低温電子デバイスおよび超伝導デバイス:超伝導量子干渉素子(SQUID)コネクタ/遷移ジョイントは、4.2 KにおけるNbTiのゼロ抵抗と良好な機械的接続性を利用する。超伝導ナノワイヤ単一光子検出器(SNSPD)基板または複合ターゲット。

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