НИО́БИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ

НИО́БИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ, спла­вы на ос­но­ве нио­бия. Осн. ле­ги­рую­щие эле­мен­ты Н. с. – Mo, W, V, Ti, Ta – об­ра­зу­ют с Nb не­пре­рыв­ный ряд твёр­дых рас­тво­ров. Н. с. так­же ле­ги­ру­ют Zr, Hf, Al, Sn, Ge и др., ко­то­рые взаи­мо­дей­ст­ву­ют с Nb с об­ра­зо­ва­ни­ем про­ме­жу­точ­ных фаз или ог­ра­нич. твёр­дых рас­тво­ров. Со­дер­жа­ние ле­ги­рую­щих до­ба­вок ко­леб­лет­ся от 0,5–1,2 до 25–45% по мас­се. Не­ко­то­рые Н. с. со­дер­жат 0,05–0,4% С, 0,03–0,1% РЗЭ (La или Се). В Н. с. все­гда при­сутству­ют при­ме­си С, О, N, Н (0,005–0,05%), ко­то­рые об­ра­зу­ют ма­ло­рас­тво­ри­мые в твёр­дом рас­тво­ре вы­со­ко­ста­биль­ные кар­би­ды, ок­си­ды (в не­ко­то­рых слу­ча­ях ок­си­кар­бо­нит­ри­ды), спо­соб­ствую­щие до­пол­нит. уп­роч­не­нию спла­ва.

Н. с. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­кой ме­ха­нич. проч­но­стью и жа­ро­проч­но­стью (при темп-ре 800–1300 °C), срав­ни­тель­но не­боль­шой плот­но­стью, стой­ко­стью в рас­тво­рах не­ко­то­рых ки­слот и рас­пла­вах ще­лоч­ных ме­тал­лов, низ­ким по­пе­реч­ным се­че­ни­ем за­хва­та те­п­ло­вых ней­тро­нов (1,15 барн/атом), пла­стич­но­стью при об­ра­бот­ке дав­ле­ни­ем и хо­ро­шей сва­ри­вае­мо­стью. При на­гре­ве на воз­ду­хе и в др. окис­лит. сре­дах вы­ше 400 °C Н. с. окис­ля­ют­ся, вслед­ст­вие че­го для ра­бо­ты в ука­зан­ных ус­ло­ви­ях при­ме­ня­ют за­щит­ные по­кры­тия – ме­тал­лич. (напр., Cr), си­ли­цид­ные (MoS₂), алю­ми­нид­ные (NbAl₃), ок­сид­ные (Al₂O₃, ZrO₂,HfO₂).

Пер­вые пром. Н. с. поя­ви­лись в нач. 1950-х гг. Осн. спо­соб по­лу­че­ния Н. с. – ду­го­вая плав­ка с рас­хо­дуе­мым элек­тро­дом (в ва­куу­ме или ар­го­не). Для рав­номер­но­го рас­пре­де­ле­ния ле­ги­рую­щих эле­мен­тов в вы­со­ко­ле­ги­ров. спла­вах ис­поль­зу­ют двой­ной пе­ре­плав, ино­гда при­ме­ня­ют элек­трон­но-лу­че­вую плав­ку. Для го­мо­ге­ни­за­ции и де­га­за­ции слит­ки под­вер­га­ют ва­ку­ум­но­му от­жи­гу. По­лу­фаб­ри­ка­ты из Н. с. из­го­тов­ля­ют в ви­де про­во­ло­ки, лент, лис­тов, труб и прут­ков. По на­зна­че­нию Н. с. раз­ли­ча­ют: жа­ро­проч­ные (кон­ст­рук­ци­он­ные), кор­ро­зи­он­но­стой­кие и пре­ци­зи­он­ные.

Жа­ро­проч­ные Н. с. ус­лов­но под­раз­де­ля­ют на низ­ко­проч­ные (со­дер­жат гл. обр. Mo или Zr) – при­ме­ня­ют­ся при темп-ре до 1100–1150 °C, сред­не­проч­ные (кро­ме Zr, со­дер­жат так­же до­бав­ки Mo и W) – до 1200–1250 °C, вы­со­ко­проч­ные (Mo, Zr, W в сум­ме до 20% и La, Се – ок. 0,1%) – до 1250–1300 °C (дли­тель­но) и до 1450–1500 °C (крат­ко­вре­мен­но). Ис­поль­зу­ют­ся в ядер­ной энер­ге­ти­ке (обо­лоч­ки твэ­лов, тру­бо­про­во­ды), ави­ац. и кос­мич. тех­ни­ке (де­та­ли га­зо­вых тур­бин, пе­ред­ние кром­ки и об­те­ка­те­ли ЛА, ан­тен­ны кос­мич. ко­раб­лей).

Кор­ро­зи­он­но­стой­кие Н. с. со­дер­жат гл. обр. Nb и Та; для за­ме­ны де­фи­цит­но­го Та ле­ги­ру­ют Ti и Мо. Cтойки при по­вы­шен­ных темп-рах в рас­тво­рах 0,5–20%-ной H₂SO₄, H₃PO₄, HNO₃ и НСl. При­ме­ня­ют­ся для из­го­тов­ле­ния хи­мич. обо­ру­до­ва­ния, ра­бо­таю­ще­го в аг­рес­сив­ных сре­дах.

К пре­ци­зи­он­ным Н. с. от­но­сят сверх­про­во­дя­щие спла­вы и спла­вы с за­дан­ны­ми зна­че­ния­ми ко­эф. тер­мич. рас­ши­ре­ния. Сверх­про­во­дя­щие Н. с. со­дер­жат 25–45% Ti и/или Zr (твёр­дые рас­тво­ры, об­ра­ба­ты­ва­ют­ся дав­ле­ни­ем) и хруп­кие со­еди­не­ния Nb с ку­бич. ре­шёт­кой – Nb₃M, в ко­то­рых M – Al, Sn, Ge и др. Темп-ра пе­ре­хо­да в сверх­про­во­дя­щее со­стоя­ние для твёр­дых рас­тво­ров 8–11 K, для со­еди­не­ний Nb₃M – 18–20 K. При­ме­ня­ют­ся в ви­де про­во­ло­ки или лен­ты для на­мот­ки со­ле­нои­дов, соз­даю­щих силь­ные маг­нит­ные по­ля (7,9·10⁶–19,9·10⁶ А/м). Не­ко­то­рые Н. с. из­го­тов­ля­ют с за­дан­ны­ми зна­че­ния­ми ко­эф. тер­мич. рас­ши­ре­ния (напр., спла­вы, со­дер­жа­щие 8–10% W и 1–2% Zr); ис­поль­зу­ют­ся гл. обр. при пай­ке со стек­лом в элек­тро­ва­ку­ум­ных при­бо­рах.

Сплав Nb (до 65%) c Fe (фер­ро­нио­бий) при­ме­ня­ют для ле­ги­ро­ва­ния кон­ст­рук­ционных ста­лей и спла­вов; при­да­ёт им по­вы­шен­ные проч­но­ст­ные ха­рак­те­ри­сти­ки (напр., сталь­ные тру­бы боль­шо­го диа­мет­ра, ис­поль­зуе­мые для транс­пор­ти­ров­ки неф­ти и га­за из рай­онов Край­не­го Се­ве­ра).