Ein Gießverfahren zur Herstellung von supraleitender NbTi-Legierung umfasst das Reinigen und Gießen von hochschmelzendem Niobmetall zu Blöcken, um Niobstäbe zu formen; das Pressen von niedrigschmelzendem, schwammartigem Aktivmetall Titan zu halbzylindrischen Platten; das Verschweißen der Niobstäbe und -platten zu abschmelzenden Elektroden unter Schutzgas; und das anschließende Schmelzen der Elektroden durch einen Sekundär- oder Hochtemperatur-Lichtbogen. Die mit dieser Erfindung hergestellte NbTi-Legierung ist frei von Einschlüssen, weist eine hohe Homogenität, wenige interstitielle Elemente und eine gute Plastizität auf. Dadurch eignet sie sich hervorragend für die Herstellung von Legierungen mit feinem Kern, hoher Stromtragfähigkeit und geringen Kosten für großtechnische Anwendungen.
Zu den Verfahren zur Herstellung von supraleitenden NbTi-Legierungen gehören die Verwendung von Niobpulver und Titanfeinspänen als Rohmaterialien zur Herstellung von Verbrauchselektroden, die Montage von Elektroden aus Niobplatten und Titanplatten sowie das Verschweißen von Niob- und Titanstäbe. Elektroden, die mit diesen verschiedenen Verfahren hergestellt werden, weisen nach mehrmaligem Schmelzen und Gießen im Vakuumlichtbogenofen häufig makroskopische Einschlüsse wie unvollständig geschmolzene Niob- und Titanflecken auf. Dies führt zu Inhomogenitäten und einer hohen Konzentration an interstitiellen Verunreinigungen im NbTi-Supraleiterlegierungsblock. Dadurch wird die Kaltverformbarkeit des supraleitenden Materials beeinträchtigt und seine Stromtragfähigkeit erheblich reduziert. Darüber hinaus ist die Elektrodenherstellung für schmelzgegossene NbTi-Supraleiterlegierungsblöcke sowohl im In- als auch im Ausland mit komplexen und zeitaufwändigen Prozessen zur Verarbeitung von Rohstoffen wie Niob und Titan verbunden. Dies führt zu erheblichen externen Verunreinigungen und einem Anstieg der interstitiellen Elemente, wodurch die Plastizität der supraleitenden Legierung weiter verringert wird. Dies ist äußerst schädlich für die Herstellung von feinkernigen, hochstromtragfähigen NbTi-Legierung supraleitend-Materialien.
Ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden NbTi-Legierung umfasst das Reinigen und Gießen eines hochschmelzenden Niob-Barrens zu einem Niobstab; das Pressen eines niedrigschmelzenden, schwammartigen Aktivmetalls, Titan, zu halbzylindrischen Platten; das Verschweißen des Niobstabs und der Platten unter Schutzgasatmosphäre zu einer abschmelzenden Elektrode; und anschließend mindestens zwei Lichtbogengüsse durchzuführen.
Die Herstellung des Niobstabes erfolgt wie folgt: Zunächst wird der gereinigte Niobblock zu einem Niobstab mit den erforderlichen Abmessungen bearbeitet und anschließend die Oberflächenverunreinigungsschicht um mindestens 1 mm abgetragen.
Der erste Lichtbogenguss wird in einem Vakuum-Lichtbogenofen mit einer Schmelzleistung von 200–500 kW durchgeführt. Dabei bildet sich in einem wassergekühlten Kupfertiegel ein tiefes und breites Schmelzbad. Die hochüberhitzte Schmelze wird in das Schmelzbad getropft und durch elektromagnetische Kräfte sowie die hohe Temperatur und den starken Wärmestrom im Schmelzbad heftig gerührt. So entsteht ein primärer supraleitender Legierungsblock.
Es werden mindestens zwei weitere Lichtbogengießvorgänge durchgeführt, wobei der zuvor verwendete Legierungsblock einem Hochleistungsguss mit einer Leistung von 300–600 kW unterzogen wird. Das Verfahren dieser Erfindung beinhaltet das Verschweißen von halbkreisförmigen zylindrischen Platten, die durch Pressen von hochschmelzenden Metallblöcken mit niedrigschmelzendem, schwammartigem Aktivmetall geformt werden, um abschmelzende Elektroden herzustellen. Beide Komponenten verschmelzen während des Schmelzvorgangs zu einer Schmelzmasse, die unter starker elektromagnetischer Rührung gründlich vermischt wird. Dies fördert effektiv die Homogenisierung der Legierung und verhindert ungeschmolzene Klumpen im Block. Das Verfahren ist einfach, erzeugt minimale äußere Verunreinigungen, hat eine hohe Produktionseffizienz und ist kostengünstig. Die resultierende NbTi-Legierung ist frei von Einschlüssen, hochgradig homogen, weist wenige interstitielle Elemente auf und besitzt eine gute Plastizität. Dadurch eignet sie sich hervorragend für die Herstellung von Legierungen mit feinem Kern, hoher Stromtragfähigkeit und geringen Kosten für großtechnische Anwendungen.
Gereinigte Niob-Barren werden zu Stäben geschmiedet und anschließend bearbeitet, um die Oberflächenverunreinigungsschicht (mindestens 1 mm) zu entfernen. Aus Niob-Stäben mit einem Durchmesser von Ф86 × 1450 mm wird Titanschwamm zu acht halbkreisförmigen Zylinderplatten gepresst (siehe Abbildung 1). Jede Platte wiegt 7,72 kg. Die Niob-Stäbe und -Platten werden anschließend unter Argon-Schutzgas verschweißt, um eine feste und glatte Schweißnaht zu gewährleisten. Die Elektrode wurde zuvor in einem Vakuum-Lichtbogenofen mit einer Leistung von 250 kW aufgeschmolzen. Der so erhaltene supraleitende Niob-Titan-Legierungsblock wurde anschließend zur Herstellung einer Niob-Titan-Verbrauchselektrode mit einem Durchmesser von 220 mm verwendet. Diese Elektrode wurde dann im selben Ofen bei einer Leistung von über 300 kW unter gründlichem Rühren erneut eingeschmolzen, um Niob und Titan weiter zu homogenisieren. Dadurch entstand ein zweiter Niob-Titan-Legierungsblock.
Gereinigte Niobblöcke wurden zu Stäben geschmiedet und bearbeitet, um eine mindestens 1 mm dicke Oberflächenverunreinigungsschicht zu entfernen. Aus 80 × 1450 mm großen Niobstäben wurde Titanschwamm zu acht halbzylindrischen Platten gepresst (siehe Abbildung 1). Jede Platte wog 9,2 kg. Die Niobstäbe und Platten wurden anschließend unter Argon-Schutzgasatmosphäre miteinander verschweißt, um eine feste und glatte Schweißnaht zu gewährleisten. Die Elektrode wurde zunächst in einem Vakuumlichtbogenofen mit einer Schmelzleistung von 230 kW aufgeschmolzen. Der nach dem ersten Schmelzvorgang erhaltene Niob-Titan-Supraleitungslegierungsblock wurde in einen Niob-Titan-Lichtbogenofen mit einem Durchmesser von 220 mm eingeschmolzen. Anschließend wurde der Block in einem Vakuum-Lichtbogenofen mit einer Schmelzleistung von über 300 kW erneut eingeschmolzen. Die Schmelze wurde gründlich gerührt, um Niob und Titan weiter zu homogenisieren. Dadurch entstand ein zweiter Block aus Niob-Titan-Legierung.
