專利名稱：一種Cu/Ta/Cu復合管的制備方法
技術領域：
一種Cu/Ta/Cu復合管的制備方法，涉及內Sn法Nb3Sn超導股線制備時最終復合坯料中所需要的Ta阻隔層的加入用的復合管的制備方法。
背景技術：
多芯Nb3Sn超導股線是制作10T以上超導磁體最理想的高場超導材料之一。采用內Sn法工藝制備這種股線近年來受到人們高度重視，它不僅克服了青銅法制備工藝中需要多次退火的缺點，而且超導性能比后者更加優(yōu)異。在內Sn法工藝中，首先制備出具有Sn芯的多芯Cu/Nb復合體(亞組元)，再將19(或37或61)根這樣的亞組元集束裝入含有Ta層的Cu/Ta/Cu復合管中構成最終坯料，然后加工這種最終坯料至所需的復合股線尺寸后進行Nb3Sn的生成熱處理。在熱處理中Sn與Cu生成Sn青銅后，青銅中的Sn與Nb固態(tài)擴散生成Nb3Sn層。股線中的Ta層作為理想的阻隔材料，是防止熱處理過程中Sn污染Ta層外對超導股線起穩(wěn)定作用的純Cu區(qū)，因此Ta阻隔層的加入是股線制備的關鍵技術之一。
如何使Cu/Ta/Cu復合管中Ta層與Cu結合好，使復合股線加工中Ta層不易破裂，并且能有效控制Ta層的厚度與Ta層外Cu區(qū)的厚度，使復合管材在內Sn法Nb3Sn復合股線制備中有利于長線加工和Cu比的控制十分重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了制備出Ta層與Cu之間具有良好的冶金結合，使隨后的復合股線加工中Ta層不易破裂，且能夠控制Ta層的厚度與Ta層外Cu區(qū)的厚度，有利于長線加工和Cu比的控制的含有Ta層的Cu/Ta/Cu復合管的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
一種Cu/Ta/Cu復合管的制備方法，特征在于其制備過程為(a)將加工好的外殼Cu管、Ta管和內襯Cu管酸洗、脫水、烘干后；依次按次序組裝成Cu/Ta/Cu復合包套體，復合包套的上下兩端有Cu片蓋封；采用真空電子束焊接設備對復合包套體進行封焊，整個封焊過程在10-3Pa以上的真空下進行；(b)將真空封焊后的復合包套在600-650℃下擠壓獲得Cu/Ta/Cu復合管材，擠壓比控制為7-11；(c)在管材矯直機上對擠壓管材進行矯直，冷卻后去掉頭、尾即可獲得成品Cu/Ta/Cu復合管材。
本發(fā)明的方法制備的Cu/Ta/Cu復合管，由于這種復合管是采用熱擠壓技術獲得，位于內外Cu區(qū)之間的Ta層與Cu之間具有良好的冶金結合，Ta層的厚度與內外Cu區(qū)的厚度可以人為控制。在隨后的復合股線加工過程中Ta阻隔層不易破裂。而且，Ta層的厚度與Ta層外Cu區(qū)的厚度可以人為控制，因此這種含Ta層的Cu/Ta/Cu復合管的制備方法對內Sn法工藝中復合股線的長線加工和Cu比的控制十分有利。將Cu/Ta/Cu復合管使用在內Sn法Nb3Sn股線的長線制備中，股線(Φ0.81mm)的單根線長度可達1500m以上，而且加工過程中基本不出現(xiàn)斷裂情況。


本發(fā)明的一種Cu/Ta/Cu復合管的制備方法的Cu/Ta/Cu復合包套裝配圖。
具體實施例方式
一種Cu/Ta/Cu復合管的制備方法，其制備過程為采用純度分別為99.995％和99.95％的Cu管坯加工成所需尺寸的Cu外殼9和內襯Cu管10；純度為99.95％的Ta加工成所需尺寸的Ta管11(退火態(tài))；再進行酸洗、脫水、烘干后裝成Cu/Ta/Cu的復合包套，復合包套的上下兩端有純度為99.95％的Cu蓋12、13；采用真空電子束焊接設備對復合包套進行真空封焊；整個封焊過程在10-3Pa以上的真空下進行；再將真空封焊后的復合包套在600-650℃下擠壓獲得Cu/Ta/Cu復合管材，擠壓比控制為7-11；最后在管材矯直機上對擠壓管材進行矯直，冷卻后去掉頭、尾即可獲得成品Cu/Ta/Cu復合管材。
下面結合實例對本發(fā)明的方法作進一步說明。
實例1首先將純度為99.995％和99.95％的Cu管坯分別加工成外經Φ98.5mm、內經Φ35.5mm、高220mm的外殼和外經Φ29.9mm、內經Φ20.1mm、高220mm內襯管以及上、下Cu蓋，同時用99.95％的Ta加工成外經Φ35.5mm、內經Φ30.0mm、高200mm的Ta管。再將上述所獲得的Cu組件及Ta管酸洗、脫水并烘干后組裝成Ta管位于Cu外殼和內襯管之間的帶有上下Cu蓋的Cu/Ta/Cu復合包套；組裝好的復合包套在真空電子束焊接設備中進行封焊，整個封焊過程是在10-3Pa以上的真空下進行。封焊后的復合包套經He質譜儀檢漏確認焊縫質量合格后，在600℃下擠壓成外經Φ35.0mm，內經Φ19.0mm的Cu/Ta/Cu復合管，擠壓比為10.7。擠壓獲得的復合管經管材矯直機矯直，矯直溫度～300℃，最后切掉管材頭尾得到成品Cu/Ta/Cu復合管材。在此復合管中Ta層厚度～0.4mm，Ta層外的Cu區(qū)與整個管材的橫截面積之比R為0.68。金相觀察復合管的縱橫截面，Ta層厚度均勻，與內外Cu區(qū)達到了良好的冶金結合。
根據(jù)內Sn法Nb3Sn股線的不同設計參數(shù)，通過調整復合包套相應組件的尺寸可以滿足各種Ta層厚度和R值的設計要求。
將Cu/Ta/Cu復合管材使用在內Sn法Nb3Sn股線的長線加工中，復合股線(Φ0.81mm)單根線長度可達1500m以上，加工過程中基本不出現(xiàn)斷裂情況。在Φ0.81mm復合股線中Ta阻隔層的厚度為6-7μm，復合股線使用HNO3與水的混合液腐蝕未見Ta層破裂。這種復合股線經過Nb3Sn生成熱處理(總熱處理時間約為400小時)后，能譜分析顯示Ta層外的純Cu區(qū)未受到Sn的污染。
實例2復合包套各組件材料純度、尺寸、制備方法、組裝和封焊情況同實例1。不同的是，在Cu/Ta/Cu復合管材擠壓工藝中，將熱擠壓溫度由實例1中的600℃調高至650℃，擠壓比為7。所獲得的Cu/Ta/Cu成品復合管材縱橫截面經金相觀察，Ta層厚度均勻，與內外Cu區(qū)達到了良好的冶金結合。Cu/Ta/Cu復合管材使用在內Sn法Nb3Sn股線的長線加工情況、HNO3水溶液腐蝕股線后的Ta層情況、復合股線經過Nb3Sn生成熱處理(同實例1)后Ta層外Cu區(qū)的能譜分析結果等與實例1相同。
實例3復合包套各組件材料的純度、制備方法、組裝、真空封焊、熱擠壓溫度等同實例1，只是復合包套各組件的尺寸有所不同Cu外殼外經Φ98.5mm、內經Φ44.5mm、高220mm；內襯管外經Φ41.0mm、內經Φ31.0mm、高220mm；Ta管外經Φ44.5mm、內經Φ41.0mm、高200mm。使用這些組件所得到的復合包套經真空封焊、熱擠壓獲得外徑Φ45.0mm、內徑Φ30.0mm的Cu/Ta/Cu復合管，管材擠壓比為7.8。在管材矯直后經切頭去尾的成品復合管中，Ta層厚度～0.3mm，Ta層外的Cu區(qū)與整個管材的橫截面積之比R為0.55。使用金相觀察成品復合管的縱橫截面，Ta層厚度均勻，與內外Cu區(qū)達到了良好的冶金結合，Cu/Ta/Cu復合管材使用在內Sn法Nb3Sn股線的長線加工情況、HNO3水溶液腐蝕股線后的Ta層情況、復合股線經過Nb3Sn生成熱處理(同實例1)后Ta層外Cu區(qū)的能譜分析結果等與實例1相同。
附圖中1、2、3、4、5、6、7、8為焊縫。
權利要求
1.一種Cu/Ta/Cu復合管的制備方法，特征在于其制備過程為(a)將加工好的外殼Cu管、Ta管和內襯Cu管酸洗、脫水、烘干后；依次按次序組裝成Cu/Ta/Cu復合包套體，復合包套的上下兩端有Cu板蓋封；采用真空電子束焊接設備對復合包套體進行真空封焊，整個封焊過程在10-3Pa以上的真空下進行；(b)將真空封焊后的復合包套在600-650℃下擠壓獲得Cu/Ta/Cu復合管材，擠壓比控制為7-11；(c)在管材矯直機上對擠壓管材進行矯直，冷卻后去掉頭、尾即可獲得成品Cu/Ta/Cu復合管材。
全文摘要
一種Cu/Ta/Cu復合管的制備方法，涉及內Sn法Nb
文檔編號B21C23/08GK1785587SQ200510132729
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權日2005年12月28日
發(fā)明者唐先德, 張平祥, 李春廣, 李昆, 楊明, 唐曉東, 王飛云, 馮勇, 盧亞鋒, 周廉 申請人:西北有色金屬研究院, 西部超導材料科技有限公司