專利名稱：Ni基合金復(fù)合基帶及其熔煉制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫涂層超導(dǎo)強(qiáng)化韌性基帶技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
釔鋇銅氧(即YBa2Cu3O7-x通常簡(jiǎn)寫(xiě)為YBCO)涂層高溫超導(dǎo)帶材是通過(guò)生長(zhǎng)在帶有隔離層的雙軸織構(gòu)金屬基帶上制備而成的。由于金屬Ni很容易形成雙軸立方織構(gòu)，在涂層超導(dǎo)研究初期多采用金屬純Ni作為YBCO帶材的基帶材料，但是純Ni具有鐵磁性，屈服強(qiáng)度低，不能完全滿足YBCO涂層超導(dǎo)基帶應(yīng)用的要求。中國(guó)專利CN1740357(
公開(kāi)日2006.3.1)公開(kāi)了在Ni中固溶一定量的W元素以解決上述問(wèn)題，當(dāng)W的原子百分含量低于5％(簡(jiǎn)寫(xiě)為Ni5W)時(shí)，容易獲得強(qiáng)的雙軸立方織構(gòu)，但基帶的機(jī)械強(qiáng)度和磁性仍然不能滿足高溫超導(dǎo)帶材在高場(chǎng)和交流下應(yīng)用的要求；而當(dāng)W的原子百分含量高于9.3％(簡(jiǎn)寫(xiě)為Ni9.3W)，盡管基帶的磁性完全消失，機(jī)械性能也大幅度提高，但再結(jié)晶織構(gòu)中立方織構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)急劇下降，不易制備強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)的NiW合金基帶。為了解決上述矛盾，德國(guó)在2003年(參見(jiàn)文獻(xiàn)Acta Materialia 51(2003)4919-4927)分別采用Ni3W或Ni4.5W作為外套管，在其中插入高強(qiáng)度、低磁性的Ni15％Cr或Ni10％Cr1.5％Al(均為原子百分含量)棒作為芯材形成復(fù)合的初始錠，然后經(jīng)過(guò)熱鍛和熱軋制得復(fù)合基帶，最后通過(guò)退火在Ni3W或Ni4.5W外層形成立方織構(gòu)。盡管相比純的Ni5W合金基帶其強(qiáng)度和磁性都有所改善，但這種復(fù)合錠要通過(guò)熱軋最終形成機(jī)械復(fù)合的合金基帶，該基帶的表層和內(nèi)層之間只是簡(jiǎn)單的物理結(jié)合，在后期的軋制和后處理過(guò)程中很容易分層和開(kāi)裂，另外熱軋工藝的使用嚴(yán)重影響了軋制織構(gòu)，熱軋后使形成再結(jié)晶立方織構(gòu)所需的銅型軋制織構(gòu)的百分含量嚴(yán)重下降，所以很難通過(guò)這種復(fù)合方法制備出強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)的復(fù)合基帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)制備多層結(jié)構(gòu)的Ni基合金復(fù)合基帶，解決現(xiàn)有復(fù)合基帶制備過(guò)程中，表層和芯層容易開(kāi)裂，不易獲得強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)的問(wèn)題，同時(shí)提高Ni基合金基帶的機(jī)械強(qiáng)度，降低基帶磁性，為YBCO涂層超導(dǎo)帶材提供一種高強(qiáng)度、低磁性、具有強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)Ni基合金復(fù)合基帶及其熔煉制備方法。
本發(fā)明所提供的Ni基合金復(fù)合基帶，由表層和芯層復(fù)合而成，表層和芯層為W的原子百分含量分別為3-7％和9.3-12％的NiW合金。
本發(fā)明所提供的Ni基合金復(fù)合基帶的熔煉制備方法，包括以下步驟(1)原料配比與初始錠的熔煉將W的原子百分含量為3-7％的NiW混合塊及W的原子百分含量為9.3-12％的NiW混合塊分別在真空條件下于1500℃熔煉成NiW合金固溶體，然后澆鑄，熱鍛后即可獲得高W含量的Ni合金(代號(hào)為A)和低W含量的Ni合金(代號(hào)為B)的初始錠；(2)Ni基合金復(fù)合鑄錠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備將初始錠B和A按厚度比為1∶1-1∶4的比例切割成一定厚度的小塊，按照如圖1所示的結(jié)構(gòu)B-連接層-A-連接層-B的順序冷壓在一起獲得復(fù)合錠，復(fù)合錠的厚度是6-18mm，連接層的結(jié)構(gòu)為Cu箔(50μm)-Ag箔(150μm)-Cu箔(50μm)，將上述機(jī)械壓在一起的復(fù)合錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛中于750-900℃下燒結(jié)3-8h，即可獲得燒結(jié)的Ni基合金復(fù)合錠；(3)燒結(jié)的復(fù)合錠的形變軋制將燒結(jié)后的Ni基合金復(fù)合錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為2-20％，總的變形量大于95％，得到厚度為60-200μm的冷軋基帶；(4)冷軋基帶的再結(jié)晶熱處理冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)或真空條件下于1000-1300℃下退火0.5-2h；或者在700℃下退火30-60min，然后再升溫至1100℃退火30-60min，得到具有雙軸立方織構(gòu)的Ni基合金復(fù)合基帶。
本發(fā)明以Cu箔-Ag箔-Cu箔為連接層，通過(guò)化學(xué)燒結(jié)在W含量不同的內(nèi)外NiW合金錠之間形成化學(xué)反應(yīng)層，而使它們緊密結(jié)合到一起。因?yàn)锳g熔點(diǎn)低，低溫時(shí)易與Cu形成共晶體，而Cu和Ni又易形成固溶體，這樣即可降低復(fù)合錠的燒結(jié)溫度，又可使內(nèi)外層之間通過(guò)化學(xué)鍵緊密結(jié)合，解決了現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械物理結(jié)合方法的弊端，避免在后續(xù)形變軋制過(guò)程中出現(xiàn)的分層開(kāi)裂現(xiàn)象。從復(fù)合基帶的截面形貌圖(圖2)中可看出，各層之間完全結(jié)合成一體，反應(yīng)層和內(nèi)外層界面非常清晰，沒(méi)有觀察到任何的開(kāi)裂，表明用這種復(fù)合基帶外層和內(nèi)層之間具有良好的結(jié)合性。
本發(fā)明采用低W含量(原子百分含量小于7.0％)的NiW合金作為復(fù)合基帶的表層，通過(guò)再結(jié)晶退火后形成了強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)，如圖3-圖6，復(fù)合基帶表面的(111)晶面phi-掃描結(jié)果中都顯示了四個(gè)非常集中的衍射峰，其FWHM(半高寬度值)在7-9°之間，表明采用本發(fā)明方法制備的Ni基合金復(fù)合基帶具有強(qiáng)的雙軸立方織構(gòu)。
本發(fā)明采用具有高強(qiáng)度、無(wú)磁性特點(diǎn)的高W含量(原子百分含量大于9.3％)的NiW合金作為芯層增加了復(fù)合基帶的機(jī)械強(qiáng)度，該復(fù)合基帶的屈服強(qiáng)度值見(jiàn)表1，由表1可知，相比純Ni基帶和Ni5W合金基帶該復(fù)合基帶的機(jī)械強(qiáng)度有大幅度提高，屈服強(qiáng)度值最高可達(dá)225MPa，是純Ni基帶屈服強(qiáng)度值的5.5倍，是Ni5W合金基帶屈服強(qiáng)度值的1.5倍。
采用本發(fā)明方法制備的復(fù)合基帶的磁滯回線結(jié)果見(jiàn)圖7，由圖可見(jiàn)，在YBCO高溫超導(dǎo)帶材應(yīng)用的溫度77K下，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶該復(fù)合基帶的磁性也大大降低。


圖1Ni基合金復(fù)合鑄錠的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。
圖2實(shí)施例1中復(fù)合基帶的截面的掃描電子顯微鏡形貌圖。
圖3實(shí)施例1中復(fù)合基帶表面的(111)面Phi-掃描圖。
圖4實(shí)施例2中復(fù)合基帶表面的(111)面Phi-掃描圖。
圖5實(shí)施例3中復(fù)合基帶表面的(111)面Phi-掃描圖。
圖6實(shí)施例4中復(fù)合基帶表面的(111)面Phi-掃描圖。
圖7實(shí)施例1-4中復(fù)合基帶和純Ni，Ni5W，Ni9.3W合金基帶的磁滯回線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1將W的原子百分含量為5％的NiW混合塊及W的原子百分含量為9.3％的NiW混合塊分別在真空條件下于1500℃熔煉成NiW合金固溶體，然后澆鑄，鍛造即可獲得高W含量的Ni合金(代號(hào)為A)和低W含量的Ni合金(代號(hào)為B)的初始鑄錠；將初始鑄錠B和A按厚度比為1∶1的比例切割成一定厚度的小塊，按照B-連接層-A-連接層-B的順序冷壓在一起獲得復(fù)合鑄錠，復(fù)合鑄錠的厚度是6mm。將上述機(jī)械壓在一起的復(fù)合鑄錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛中于750℃下燒結(jié)8h，即可獲得燒結(jié)的Ni基合金復(fù)合鑄錠；將燒結(jié)后的Ni基合金復(fù)合鑄錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為10-20％，總的變形量大于95％，得到厚度為160μm的冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)中700℃下退火30min，然后再升溫至1100℃下退火60min，即可得到Ni基合金復(fù)合基帶。該Ni基合金復(fù)合基帶截面的形貌圖見(jiàn)圖2；表面的(111)晶面Phi-掃描結(jié)果見(jiàn)圖3，其FWHM為7.08°；該基帶在室溫下的屈服強(qiáng)度值為195MPa，是純Ni的4.9倍，Ni5W的1.3倍。該復(fù)合基帶的磁滯回線見(jiàn)圖7，由圖可見(jiàn)，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的磁性大大降低。
實(shí)施例2將W的原子百分含量為5％的NiW混合塊及W的原子百分含量為12％的NiW混合塊分別在真空條件下于1500℃熔煉成NiW合金固溶體，然后澆鑄，鍛造即可獲得高W含量的Ni合金(代號(hào)為A)和低W含量的Ni合金(代號(hào)為B)的初始鑄錠；將初始鑄錠B和A按厚度比為1∶2的比例切割成一定厚度的小塊，按照B-連接層-A-連接層-B的順序冷壓在一起獲得復(fù)合鑄錠，復(fù)合鑄錠的厚度是12mm。將上述機(jī)械壓在一起的復(fù)合鑄錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛中于900℃下燒結(jié)3h，即可獲得燒結(jié)的Ni基合金復(fù)合鑄錠；將燒結(jié)后的Ni基合金復(fù)合鑄錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為8-15％，總的變形量大于95％，得到厚度為180μm的冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)下于1200℃下退火0.5h，即可得到Ni基合金復(fù)合基帶。該Ni基合金復(fù)合基帶表面的(111)晶面Phi-掃描結(jié)果見(jiàn)圖4，其FWHM為8.42°；該基帶在室溫下的屈服強(qiáng)度值為315MPa，是純Ni的8.0倍，Ni5W的2.0倍；該復(fù)合基帶的磁滯回線見(jiàn)圖7，由圖可見(jiàn)，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的磁性大大降低。
實(shí)施例3將W的原子百分含量為7％的NiW混合塊及W的原子百分含量為10％的NiW混合塊分別在真空條件下于1500℃熔煉成NiW合金固溶體，然后澆鑄，鍛造即可獲得高W含量的Ni合金(代號(hào)為A)和低W含量的Ni合金(代號(hào)為B)的初始鑄錠；將初始鑄錠B和A按厚度比為1∶1的比例切割成一定厚度的小塊，按照B-連接層-A-連接層-B的順序冷壓在一起獲得復(fù)合鑄錠，復(fù)合鑄錠的厚度是6mm。將上述機(jī)械壓在一起的復(fù)合鑄錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛中于850℃下燒結(jié)4h，即可獲得燒結(jié)的Ni基合金復(fù)合鑄錠；將燒結(jié)后的Ni基合金復(fù)合鑄錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為2-12％，總的變形量大于95％，得到厚度為200μm的冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)中700℃下退火60min，然后再升溫至1100℃下退火30min，即可得到Ni基合金復(fù)合基帶。該Ni基合金復(fù)合基帶表面的(111)晶面Phi-掃描結(jié)果見(jiàn)圖5，其FWHM為8.63°；該基帶在室溫下的屈服強(qiáng)度值為240MPa，是純Ni的6.0倍，Ni5W的1.6倍；該復(fù)合基帶的磁滯回線見(jiàn)圖7，由圖可見(jiàn)，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的磁性大大降低。
實(shí)施例4將W的原子百分含量為3％的NiW混合塊及W的原子百分含量為9.3％的NiW混合塊分別在真空條件下于1500℃熔煉成NiW合金固溶體，然后澆鑄，鍛造即可獲得高W含量的Ni合金(代號(hào)為A)和低W含量的Ni合金(代號(hào)為B)的初始鑄錠；將初始鑄錠B和A按厚度比為1∶4的比例切割成一定厚度的小塊，按照B-連接層-A-連接層-B的順序冷壓在一起獲得復(fù)合鑄錠，復(fù)合鑄錠的厚度是18mm。將上述機(jī)械壓在一起的復(fù)合鑄錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛中于800℃下燒結(jié)6h，即可獲得燒結(jié)的Ni基合金復(fù)合鑄錠；將燒結(jié)后的Ni基合金復(fù)合鑄錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為5-13％，總的變形量大于95％，得到厚度為60μm的冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)下于1000℃下退火2h，即可得到Ni基合金復(fù)合基帶。該Ni基合金復(fù)合基帶表面的(111)晶面Phi-掃描結(jié)果見(jiàn)圖6，其FWHM為8.20°；該基帶在室溫下的屈服強(qiáng)度值為225MPa，是純Ni的5.5倍，Ni5W的1.5倍；該復(fù)合基帶的磁滯回線見(jiàn)圖7，由圖可見(jiàn)，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的磁性大大降低。
表1復(fù)合基帶在室溫下的屈服強(qiáng)度

權(quán)利要求
1.一種Ni基合金復(fù)合基帶，由表層和芯層復(fù)合而成，表層和芯層為W的原子百分含量分別為3-7％和9.3-12％的NiW合金。
2.一種Ni基合金復(fù)合基帶的熔煉制備方法，包括以下步驟(1)原料配比與初始錠的熔煉將W的原子百分含量為3-7％的NiW混合塊及W的原子百分含量為9.3-12％的NiW混合塊分別在真空條件下于1500℃熔煉成NiW合金固溶體，然后澆鑄，熱鍛后即可獲得高W含量的Ni合金(代號(hào)為A)和低W含量的Ni合金(代號(hào)為B)的初始錠；(2)Ni基合金復(fù)合鑄錠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備將初始錠B和A按厚度比為1∶1-1∶4的比例切割成一定厚度的小塊，按照B-連接層-A-連接層-B的順序冷壓在一起獲得復(fù)合錠，復(fù)合錠的厚度是6-18mm，連接層的結(jié)構(gòu)為Cu箔(50μm)-Ag箔(150μm)-Cu箔(50μm)，將上述機(jī)械壓在一起的復(fù)合錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛中于750-900℃下燒結(jié)3-8h，即可獲得燒結(jié)的Ni基合金復(fù)合錠；(3)燒結(jié)的復(fù)合錠的形變軋制將燒結(jié)后的Ni基合金復(fù)合錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為2-20％，總的變形量大于95％，得到厚度為60-200μm的冷軋基帶；(4)冷軋基帶的再結(jié)晶熱處理冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)或真空條件下于1000-1300℃下退火0.5-2h；或者在700℃下退火30-60min，然后再升溫至1100℃退火30-60min，得到具有雙軸立方織構(gòu)的Ni基合金復(fù)合基帶。
全文摘要
一種Ni基合金復(fù)合基帶及其熔煉制備方法屬于高溫涂層超導(dǎo)強(qiáng)化韌性基帶技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所提供的Ni基合金復(fù)合基帶，表層和芯層為W的原子百分含量分別為3－7％和9.3－12％的NiW合金。其制備方法為將W的原子百分含量分別為3－7％和9.3－12％的NiW合金鑄錠(代號(hào)B鑄錠和A鑄錠)按照B－連接層－A－連接層－B的順序冷壓成一體，在Ar/H
文檔編號(hào)B21B37/00GK1844429SQ20061008087
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者索紅莉, 劉敏, 趙躍, 何東, 張迎肖, 馬驎, 周捷, 李亞明, 周美玲 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)