專利名稱：一種涂層超導(dǎo)Ni-W合金基帶線材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫涂層超導(dǎo)材料基帶線材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種(Ni_5at. % W) Ni-W合金基帶線材的制備方法。
背景技術(shù)：
釔鋇銅氧(即YBa2Cu307_x通常簡寫為YBC0)涂層高溫超導(dǎo)材料是一種脆性陶瓷， 并且傳輸電流時(shí)存在“弱連接”現(xiàn)象，所以將其涂覆在帶有隔離層的雙軸織構(gòu)韌性金屬基 帶上，是實(shí)現(xiàn)其規(guī)?；瘧?yīng)用及生產(chǎn)的一種行之有效的思路。由于金屬Ni基帶很容易形成 雙軸立方織構(gòu)，在涂層導(dǎo)體研究初期多采用金屬純M作為YBC0帶材的基帶材料，但是 純M具有鐵磁性，屈服強(qiáng)度低，不能完全滿足YBC0涂層超導(dǎo)基帶應(yīng)用的要求。中國專利 CN1740357(
公開日2006. 3. 1)公開了在Ni中固熔一定量的W元素以解決上述問題，當(dāng)W 的原子百分比含量低于5% (簡寫為Ni5W)時(shí)，容易獲得強(qiáng)的雙軸立方織構(gòu)。百米級(jí)高立方 織構(gòu)的Ni-5at. % W(Ni5W)基底已經(jīng)被成功制備并且作為基底材料廣泛應(yīng)用于涂層導(dǎo)體的 研究。目前，YBC0高溫涂層超導(dǎo)電纜的應(yīng)用過程中，提出YBC0材料線材制備的新思路，那 么制備出滿足要求的基帶線材成為YBC0涂層電纜制備技術(shù)的關(guān)鍵。國內(nèi)目前沒有關(guān)于此 處關(guān)鍵技術(shù)的提出和發(fā)明。為實(shí)現(xiàn)YBC0超導(dǎo)材料在電纜中的大規(guī)模穩(wěn)定化生產(chǎn)，一種涂層 超導(dǎo)M-W合金基帶線材制備方法的提出勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了滿足YBC0涂層超導(dǎo)電纜的應(yīng)用要求，提供一種涂層超導(dǎo) (Ni-5at. % W)Ni-W合金基帶線材的制備方法，該方法制備的線材具有強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)。本發(fā)明所提供的涂層超導(dǎo)(Ni_5at. % W) Ni_W合金基帶線材的制備方法，具體步 驟如下1)將純度為99. 99%的Ni塊和W塊按W原子百分含量為5%的配比放入真空感應(yīng) 熔煉爐坩堝中，抽真空5min，關(guān)閉真空裝置，充入kr氣到35mmHg柱，中頻感應(yīng)加熱熔煉，初 始功率為30KW保持2min，然后調(diào)為25KW熔清2min，最終20KW精煉，精煉溫度為1600°C， 8min后澆注到鑄型模中空冷獲得元素分布均勻的M5W合金鑄錠；2)將步驟1)中得到的Ni5W合金鑄錠，于1500°C高溫鍛造得到厚度為12mm的長 方體狀，然后表面進(jìn)行去氧化皮處理，加溫到1500°C保持15min，熱軋到10mm厚，熱軋道次 變形量控制在10%以內(nèi)；3)將步驟2)得到的Ni-W合金坯錠，去氧化皮處理后，并將上下表面打磨平整，采 用小于5%的道次變形量進(jìn)行開坯軋制，隨后進(jìn)行冷軋，道次變形量控制在2-5%之間，總 變形量大于95%，得到厚度為60-100 iim的冷軋Ni5W合金基帶；4)將步驟3)得到的冷軋Ni5W合金基帶進(jìn)行分條加工，按照不同涂層超導(dǎo)電纜的 直徑要求，將Ni5W合金基帶線材加工成直徑為2-10mm記為d，進(jìn)而計(jì)算Ni5W合金基帶的橫 向?qū)挾萾，即t = ji d，冷軋Ni5W合金基帶沿軋向兩邊毛刺去除量設(shè)置為2-3mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將上述得到的M5W合金基帶用薄帶材分條機(jī)切割，得到加工M5W合金基帶線材所需的 Ni5W合金基帶；5)將步驟4)得到的Ni5W合金基帶選用直徑為1. 8_10mm的軋輥，通過軋輥軋制道 次變形量控制范圍為2-5%，使發(fā)生系列形變，在橫截面變形獲得U形金屬槽，再利用軋輥 將U形槽開口機(jī)械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，對(duì)于直徑較小的管型線材成型 可采用夾緊措施進(jìn)行固定，隨后采用激光焊進(jìn)行焊接，焊接過程采用穩(wěn)定的激光功率、焊接 速度、離焦量和Ar保護(hù)氣體流量，進(jìn)而獲得高質(zhì)量的M5W合金基帶管狀線材，其連續(xù)管線 成型工藝流程示意圖見圖1 ；6)將步驟5)得到的冷軋Ni5W合金基帶管狀線材在Ar/H2混合氣體保護(hù)或真空條 件下于1100-1200°C下退火0. 5-lh ；或者在700°C下退火30_60min，然后再升溫至1150°C 退火30-60min，得到具有銳利雙軸立方織構(gòu)的Ni5W合金基帶管狀線材。本發(fā)明采用真空熔煉技術(shù)于160(TC精煉8min，獲得了制備長線材所需元素分布 均勻的Ni5W合金鑄錠。經(jīng)總變形量大于95%，道次變形量小于5%軋制得到Ni5W合金基 帶，精密分條機(jī)分條，保證了成形管線原板材沿長度方向上的平直度。采用連續(xù)管線成型工 藝，通過軋輥發(fā)生系列形變，道次變形量控制在2% -5%之間，使橫截面變形獲得U形金屬 槽，再利用軋輥將U形槽開口機(jī)械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，之后采用具有高 能量密度、深穿透、高精度、適應(yīng)性強(qiáng)的激光焊接成形，從而保證Ni5W合金基帶管狀線材的 質(zhì)量。經(jīng)再結(jié)晶退火后基帶線材表面形成了與彎曲應(yīng)力方向成45°角的退火斑線，如圖2。 但形成了強(qiáng)的雙軸立方織構(gòu)，如圖3-圖6，線材表面的(111)和(200)極圖非常集中，(111) 晶面 掃描和《掃描的FWHM(半高寬度值)分別為5. 76°和4. 3°。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵在于提出了 M5W合金基帶線材成型的工藝手段。首先，根據(jù)涂 層導(dǎo)體電纜應(yīng)用要求計(jì)算出成型M5W合金基帶管線所需M5W合金基帶的寬度，采用連續(xù) 管線成型工藝和先進(jìn)的激光焊接，成功制備出了涂層導(dǎo)體電纜用M5W合金基帶管狀線材， 工藝設(shè)計(jì)流程如圖1。本發(fā)明制備的M5W合金基帶管狀線材具有銳利的立方織構(gòu)和良好的 表面質(zhì)量，可以直接外延生長過渡層和超導(dǎo)層，可以滿足YBC0涂層導(dǎo)體電纜的應(yīng)用要求， 而且采用真空感應(yīng)熔煉，連續(xù)管線成型工藝和焊接工藝制備方法，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖l、Ni5W合金基帶的連續(xù)管線成型工藝流程示意圖；圖2、實(shí)例1中Ni5W基帶線材退火后表面SEM掃描圖；圖3、實(shí)例2中Ni5W基帶線材退火后表面的(111)和(200)極圖；圖4、實(shí)例3中Ni5W基帶線材退火后表面的(111)晶面小掃描曲線；圖5、實(shí)例3中Ni5W基帶線材退火后表面的《掃描曲線；圖6、實(shí)例4中Ni5W基帶線材退火后表面的背散射電子衍射(EBSD)圖。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。實(shí)施實(shí)例僅是對(duì)本發(fā)明的一 種說明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施實(shí)例是實(shí)際應(yīng)用例子，對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員 很容易掌握并驗(yàn)證。如果在本發(fā)明的基礎(chǔ)上做出某種改變，那么其實(shí)質(zhì)并不超出本發(fā)明的范圍。實(shí)施實(shí)例1將純度為99. 99%的Ni塊和W塊按W原子百分含量為5%的配比放入真空感應(yīng)熔 煉爐坩堝中，抽真空5min，關(guān)閉真空裝置，充入Ar氣到35mmHg柱，中頻感應(yīng)加熱熔煉，初始 功率為30KW保持2min，然后調(diào)為25KW熔清2min，最終20KW精煉，精煉溫度為1600°C，8min 后澆注到鑄型模中空冷獲得元素分布均勻的M5W合金鑄錠；將上述得到的M-W合金鑄錠， 1500°C高溫鍛造得厚度為12mm的長方體狀，表面去氧化皮處理，1500°C保持15min，熱軋到 10mm，熱軋道次變形量控制在10%以內(nèi)；去氧化皮處理并上下表面打磨平整，采用3%的道 次變形量開坯軋制，隨后進(jìn)行冷軋，總變形量大于95%，道次變形量控制在2-5%之間，得 厚度為100 u mNi5ff合金基帶。分條按直徑d = 2mm計(jì)算Ni5W合金基帶的橫向?qū)挾萾 = 6. 28mm，冷軋基帶沿軋向 兩邊毛刺去除量設(shè)置為2mm，得到成形Ni5W合金基帶線材所需的Ni5W合金基帶；選用直徑 為2-5mm的軋輥，通過軋輥軋制道次變形量3 %，使發(fā)生系列形變，在橫截面變形獲得U形 金屬槽，再利用軋輥將U形槽開口機(jī)械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，并對(duì)管型線 材成型采用夾緊措施進(jìn)行固定，隨后采用激光焊進(jìn)行焊接獲得高質(zhì)量的M5W合金基帶管 狀線材。在Ar/H2混合氣體下于700°C下退火30min，然后升溫至1150°C退火60min，退火 后M5W基帶線材表面SEM見圖2，觀察發(fā)現(xiàn)因基帶線材直徑較小，形成了與彎曲應(yīng)力方向 成45°角的退火斑線，但不影響再結(jié)晶立方織構(gòu)的形成，最終得到具有銳利雙軸立方織構(gòu) 的Ni5W合金基帶管狀線材。實(shí)施實(shí)例2按照實(shí)施例1，將Ni塊和W塊按W原子百分含量為5%的配比熔煉獲得元素分布 均勻的Ni5W合金鑄錠，1500°C高溫鍛造得厚度為12mm的長方體狀，表面去氧化皮處理， 1500°C保持15min，熱軋到10mm，熱軋道次變形量控制在10%以內(nèi)，去氧化皮處理并上下表 面打磨平整，采用3 %的道次變形量開坯軋制，隨后進(jìn)行冷軋，總變形量大于95 %，道次變 形量為3%，得厚度為80iim Ni5W合金基帶。分條按直徑d = 5mm計(jì)算Ni5W合金基帶的橫向?qū)挾萾 = 15. 7mm，冷軋基帶沿軋 向兩邊毛刺去除量設(shè)置為2mm，得到成形Ni5W合金基帶線材所需的Ni5W合金基帶，選用直 徑為5-8mm的軋輥，通過軋輥軋制道次變形量3_5 %，使發(fā)生系列形變，在橫截面變形獲得U 形金屬槽，再利用軋輥將U形槽開口機(jī)械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，隨后采用 激光焊進(jìn)行焊接獲得高質(zhì)量的Ni5W合金基帶管狀線材，在Ar/H2混合氣體或真空條件下于 1100°C退火60min，退火后基帶線材表面的(111)和(200)極圖較集中如圖3所示。實(shí)施實(shí)例3按照實(shí)施例1，將Ni塊和W塊按W原子百分含量為5%的配比熔煉獲得元素分布 均勻的Ni5W合金鑄錠，1500°C高溫鍛造得厚度為12mm的長方體狀，表面去氧化皮處理， 1500°C保持15min，熱軋到10mm，熱軋道次變形量控制在10%以內(nèi)，去氧化皮處理并上下表 面打磨平整，采用3%的道次變形量開坯軋制，隨后進(jìn)行冷軋，總變形量大于95%，道次變 形量為3%，得厚度為73iimNi5W合金基帶。分條按直徑d = 8mm計(jì)算Ni5W合金基帶的橫向?qū)挾萾 = 25. 12mm，冷軋基帶沿軋 向兩邊毛刺去除量設(shè)置為2mm，得到成形Ni5W合金基帶線材所需的Ni5W合金基帶，選用直徑為8-9mm的軋輥，通過軋輥軋制道次變形量3 %，使發(fā)生系列形變，在橫截面變形獲得U形 金屬槽，再利用軋輥將U形槽開口機(jī)械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，之后采用激 光焊進(jìn)行焊接獲得高質(zhì)量的Ni5W合金基帶管狀線材；在Ar/H2混合氣體下于700°C下退火 30min，然后升溫至1150°C退火30min，退火后Ni5W基帶線材表面的(111)晶面phi-掃描 半高寬(FWHM)值達(dá)到了 5. 76°見圖4， 掃描半高寬值(FWHM)達(dá)到4. 3°見圖5，即得到 了具有銳利雙軸立方織構(gòu)的M5W合金基帶管狀線材。實(shí)施實(shí)例4按照實(shí)施例1，將Ni塊和W塊按W原子百分含量為5%的配比熔煉獲得元素分布 均勻的Ni5W合金鑄錠，1500°C高溫鍛造得厚度為12mm的長方體狀，表面去氧化皮處理， 1500°C保持15min，熱軋到10mm，熱軋道次變形量控制在10%以內(nèi)，去氧化皮處理并上下表 面打磨平整，采用3 %的道次變形量開坯軋制，隨后進(jìn)行冷軋，總變形量大于95 %，道次變 形量為3%，得厚度為63iim Ni5W合金基帶。分條按直徑d = 10mm計(jì)算Ni5W合金基帶的橫向?qū)挾萾 = 31. 4mm，冷軋基帶沿軋 向兩邊毛刺去除量設(shè)置為2mm，得到成形Ni5W合金基帶線材所需的Ni5W合金基帶；選用直 徑為10mm的軋輥，通過軋輥軋制道次變形量小于3%，使發(fā)生系列形變，在橫截面變形獲得 U形金屬槽，再利用軋輥將U形槽開口機(jī)械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，之后采 用激光焊進(jìn)行焊接獲得高質(zhì)量的Ni5W合金基帶管狀線材。在Ar/H2混合氣體下于700°C 下退火30min，然后升溫至1150°C退火30min，即可得到Ni5W合金基帶管狀線材，線材表面 EBSD掃描見圖6，立方織構(gòu)含量達(dá) 99% ( < 10° )。
權(quán)利要求
一種涂層超導(dǎo)Ni-W合金基帶線材的制備方法，具體步驟如下1)將純度為99.99％的Ni塊和W塊按W原子百分含量為5％的配比放入真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中，抽真空5min，關(guān)閉真空裝置，充入Ar氣到35mmHg柱，中頻感應(yīng)加熱熔煉，初始功率為30KW保持2min，然后調(diào)為25KW熔清2min，最終20KW精煉，精煉溫度為1600℃，8min后澆注到鑄型模中空冷獲得元素分布均勻的Ni5W合金鑄錠；2)將步驟1)中得到的Ni5W合金鑄錠，于1500℃高溫鍛造得到厚度為12mm的長方體狀，然后表面進(jìn)行去氧化皮處理，加溫到1500℃保持15min，熱軋到10mm厚，熱軋道次變形量控制在10％以內(nèi)；3)將步驟2)得到的Ni-W合金坯錠，去氧化皮處理后，并將上下表面打磨平整，采用小于5％的道次變形量進(jìn)行開坯軋制，隨后進(jìn)行冷軋，道次變形量控制在2-5％之間，總變形量大于95％，得到厚度為60-100μm的冷軋Ni5W合金基帶；4)將步驟3)得到的冷軋Ni5W合金基帶進(jìn)行分條加工，按照不同涂層超導(dǎo)電纜的直徑要求，將Ni5W合金基帶線材加工成直徑為2-10mm記為d，進(jìn)而計(jì)算Ni5W合金基帶的橫向?qū)挾萾，即t＝πd，冷軋Ni5W合金基帶沿軋向兩邊毛刺去除量設(shè)置為2-3mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將上述得到的Ni5W合金基帶用薄帶材分條機(jī)切割，得到加工Ni5W合金基帶線材所需的Ni5W合金基帶；5)將步驟4)得到的Ni5W合金基帶選用直徑為1.8-10mm的軋輥，通過軋輥軋制道次變形量控制范圍為2-5％，使發(fā)生系列形變，在橫截面變形獲得U形金屬槽，再利用軋輥將U形槽開口機(jī)械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近σ形，對(duì)于直徑較小的管型線材成型可采用夾緊措施進(jìn)行固定，隨后采用激光焊進(jìn)行焊接，焊接過程采用穩(wěn)定的激光功率、焊接速度、離焦量和Ar保護(hù)氣體流量，進(jìn)而獲得高質(zhì)量的Ni5W合金基帶管狀線材；6)將步驟5)得到的冷軋Ni5W合金基帶管狀線材在Ar/H2混合氣體保護(hù)或真空條件下于1100-1200℃下退火0.5-1h；或者在700℃下退火30-60mi n，然后再升溫至1150℃退火30-60min，得到具有銳利雙軸立方織構(gòu)的Ni5W合金基帶管狀線材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種涂層超導(dǎo)Ni-W合金基帶線材的制備方法，將Ni塊和W塊放入真空感應(yīng)熔煉爐中充入Ar氣熔煉，獲得元素分布均勻的Ni5W合金鑄錠；然后將鑄錠熱軋到10mm厚，冷軋到60-100μm厚，將基帶分條加工，得到Ni5W合金基帶線材所需的Ni5W合金基帶，采用搭接工藝將基帶加工成合金基帶管狀線材，將管材退火，即可得到具有銳利雙軸立方織構(gòu)的Ni5W合金基帶管狀線材。本發(fā)明方法制備的Ni5W合金基帶管狀線材具有銳利的立方織構(gòu)和良好的表面質(zhì)量，可以直接外延生長過渡層和超導(dǎo)層，滿足YBCO涂層導(dǎo)電纜的應(yīng)用要求，而且采用真空感應(yīng)熔煉，連續(xù)管線成型工藝和激光焊接工藝制備方法，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B23P17/04GK101804554SQ20101013509
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者王建宏, 索紅莉, 馬麟, 高培闊, 高忙忙 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)