鈮合金介紹及重要應用

鈮合金是以鈮為基加入其他元素組成的合金。鈮屬難熔金屬，熔點為2467℃，在1093～1427℃溫度範圍內比強度高。同鎢合金和鉬合金相比，鈮合金塑性好，加工和焊接性能優良，因而能制成薄板和外形複雜的零件，可用作航天和航空工業的熱防護和結構材料。

商業化的鈮合金在強度和超延展性方面較差，70%的鈮合金在退火之前都有必要進行冷加工。結果很容易制造出複雜結構且密度較低的鈮合金。通常人們更喜歡用鈮合金而不喜歡其它難熔金屬如鉬、鉭、鎢。在二十世紀六十年代，開發了許多高溫鈮合金，主要是用於核武器和航天的需求；然而，更進一步的發展自二十世紀七十年代早期受到限制。如今，鈮合金也應用於智能人體設備。運輸衛星和大範圍的高溫元件上，然而，由於它們在高溫中對氧化和長時間運行的敏銳性，應用這些合金在其它應用中將有更廣泛的使用。

盡管這幾種元素提高了合金的強度和硬度、韌性、敏感度及織構均等於或優於純鈮，但在大多情況下，用鉭、鈦、釩合金化鈮要迅速並且形成過程複雜。所有其它合金元素都會在很大程度上降低韌性、敏感度及織構。一般，鈮合金比其它相反的金屬（如 Zr、Ti）更能容忍拾取雜質，由於這些雜質可極大地減小伸張度，主要是顆粒邊緣。例如，摻入銅後，這些合金的機械性能明顯變差。

為了提高在高溫下抗氧化性，鈮合金用特殊工藝廣泛包裹，例如用矽，大多鈮合金是用適當的添加元素通過電子束、等離子和真空弧光熔煉制得。對於大錠，要求用兩次熔練生產成合適的有適當成份的錠。如今，大多普通合金添加劑為鈦、鋅、鎢、鉭和鉿，在熔煉過程中，它們都能穩定進入其中。

另外一種有前途的鈮合金生產方法是從熔鹽中電積，如從 Kel－KF－K2ZrF6－K2NbF7系中沉積。

鈮基合金也可用粉末冶金的方法制備。好幾種方法都可用於制備鈮合金粉末，包括氣－霧化法，煆淬、機械熔合、高溫擴散或氫化物脫氫工藝。然而，使用這些方法時，氧化作用、雜質引入都很難避免，並且費用昂貴。

鈮基合金最重要的應用是：

（一）准確支持鈉蒸汽燈的原子數（Nb－1Zr）

（二）作為 MRI（磁共振成像)，NMR（核磁共振），SMES（超導磁能貯存器）SQVID（超導體量子能裝置），離子加速器的超導體（如Nb－50Ti，Nb2Sn）

（三）航天應用中的火箭助推器及噴口（如 Nb－10Hf－1Ti）

（四）核工業中的結構材料（如Nb－40Ta）

其它化合物象Nb3Al，作為 A－15超導體的候選材料正在引起人們的興趣，顯示出比Nb－Ti合金更高的轉變溫度，並能經受更高的電子領域。另外，由於它們的高熔點和超強度，這些合金更期望被用於高溫結構材料中。

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