現在、比較的成熟した商用のニオブ合金は、主にC103(Nb-10Hf-1Ti-0.7Zr)とNb521(Nb-5W-2Mo-1Zr)です。我が国が開発したNb521ニオブ・タングステン合金（Nb-5W-2Mo-1Zr）は、ソ連が開発した5BMV合金に類似しています。5BMV合金は、ソ連においてバイナリ液体ロケットエンジンの推力室本体の製造に使用されていました。モリブデンシリサイドの高温酸化防止コーティングの保護下では、推力室の作動温度は約1550℃に達し、燃焼室冷却に使用される推進剤の流量が大幅に減少し、エンジン性能の向上に寄与しました。エンジン開発の多様化の需要が高まるにつれ、中国の航空宇宙分野におけるNb521ニオブタングステン合金の応用範囲はますます広がっています。この合金は、二元液体ロケットエンジンだけでなく、他の高速航空機の一部の高温部品にも使用されています。しかし、ニオブタングステンやニオブハフニウムなどの合金は密度が比較的高く、新世代航空機の緊急の軽量化要件を満たすことができません。より低密度の合金を得るために、研究者らはNb-Ti-Al、Nb-Ti-Al-Cr、Nb-Ti-Al-Mo、Nb-Ti-Al-Cr-Wなど、さまざまな低密度ニオブ合金系を開発してきました。しかし、材料の使用可能性を評価する際には、合金の密度、高温強度、塑性脆性遷移温度などの特性を総合的に考慮する必要があります。その中でも、塑性脆性遷移温度は低密度ニオブ合金にとって特に重要です。極超音速航空機や航空宇宙機はすべて、数万メートルの高度、あるいは宇宙環境で動作する必要があるためです。その動作温度範囲は1000℃以上からマイナス100℃以下までになります。ニオブ合金は一般に優れた高温性能を備えています。しかし、低温域では、ニオブ合金は塑性脆性変態を起こし、塑性が急激に低下し、材料が著しく脆くなります。
極低温環境用軽量ニオブ合金材料とその製造方法および応用は、合金製造技術の分野に属し、既存のニオブ合金では低温域で高強度と高靭性を達成することが難しいという技術的課題の解決を目指しています。軽量ニオブ合金の塑性脆性遷移温度は、タングステン、モリブデン、レニウム、ハフニウム、チタン、アルミニウム、バナジウム、クロム、ジルコニウムなどの元素を適切な割合で複合合金化することで大幅に低下しました。ニオブ合金の高温強度は、固溶強化によって向上しました。低密度元素を添加することで合金の密度を低減します。本発明により製造された極低温環境用軽量合金材料は、-196℃においても高強度、高靭性、優れた塑性といった優れた特性を有する。また、この合金は低密度でありながら、1000℃の高温においても優れた機械的特性と超塑性を示す。この合金は、深宇宙探査、南極・北極探査などの分野で幅広く利用可能である。
