純粋なバナジウム線の製造方法では、電子ビーム溶解と連続電解研磨技術を活用しています。得られたバナジウム線は、高純度、優れた機械的特性、良好な表面品質を備えています。この方法により、バナジウム金属中の微量不純物元素含有量が低減され、バナジウム材料の機械的特性と加工特性が向上します。バナジウム線は純度99.9%、引張強度725MPa以上、伸び7.6%以上、表面粗さRa0.2を有し、核実験や3Dプリントに適しています。
「金属ビタミン」とも呼ばれるバナジウムは、その優れた物理化学的特性から、航空宇宙、鉄鋼、化学、製薬、原子力産業で広く使用されており、世界的に戦略的に重要な希少金属となっています。バナジウムは典型的な低放射化特性を示します。高純度バナジウムは、優れた可塑性、延性、耐腐食性に加え、中性子放射活性の低さ、熱伝達率の高さ、熱膨張係数の低さ、優れた高温強度、耐放射線膨潤性などの利点を備えています。そのため、原子力分野における候補材料となっています。
そのため、国内外で高純度バナジウムの製造技術、高温における純粋バナジウムの機械的特性および微細組織特性に関する研究が行われてきました。特に、中性子検出用バナジウム線は、自立型エネルギー検出器の主要材料であり、V ≥ 99.8%の純度、引張強度≥ 600 MPa、伸び≥ 5%の機械的特性が求められます。現在、市販の高純度バナジウム線の純度、機械的特性、および表面品質は、自立型エネルギー検出器の応用要件を満たすには不十分です。
高純度バナジウム線の製造方法は、以下の手順で構成されています。
1) バナジウム粉末の前処理：バナジウム粉末を30wt% HNO3溶液に加え、スラリーが形成されるまで撹拌します。次に、溶液が中性になるまで脱イオン水で洗浄し、洗浄を停止します。その後、真空乾燥して前処理済みのバナジウム粉末を得ます。
2) プレス：ステップ1)で得られた前処理済みのバナジウム粉末を、所定の形状の金属バナジウムにプレスします。プレス圧力は200MPa～280MPa、保持時間は60～120秒です。
3) 真空焼結：ステップ2)で得られた金属バナジウムを真空炉で焼結し、炉とともに冷却します。
4) 電子ビーム溶解：焼結した金属バナジウムを電子ビーム溶解炉の電子銃照射ゾーンにゆっくりと供給します。炉内を10-3 Pa～10-4 Paの真空度まで減圧する。バナジウム溶融金属が水冷銅るつぼの底部パッドに滴下すると、ゆっくりと螺旋状に引き下げられ、バナジウムインゴットが形成される。その後、外層が剥離される。
5) クラッド鍛造：ステップ4）で得られたバナジウムインゴット。6) シース鍛造：加熱温度900℃～1100℃、保持時間8分～15分、初期鍛造温度1000℃～1100℃、最終鍛造温度850℃～950℃でバナジウム金属棒を得る。
7) 回転鍛造：ステップ5）で得られたバナジウム金属棒を回転鍛造する。シングルパス変形速度10%～15%、加熱温度1000℃～1100℃、加熱時間3分～7分でバナジウム線を得る。
8) 伸線加工：回転鍛造されたバナジウム金属棒を冷間伸線加工し、一回の加工量5%～15%とし、累積加工量が40%～60%に達した時点で真空焼鈍処理を行い、φ1.0mm～φ1.5mmのバナジウム細線に伸線する。
9) 連続電解研磨および洗浄：工程7)で得られたバナジウム細線を、アルカリ濃度5%～10%wtのNaOH溶液中で連続電解研磨および洗浄する。電解電流5A～10A、線材引取速度3～5m/分。 9) 焼鈍処理：真空焼鈍温度800℃～900℃、保持時間15分～20分、その後炉冷して高純度バナジウム線を得る。
