專利名稱：熱等靜壓法制備Ni基合金復合基帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Ni基合金復合基帶的熱等靜壓制備方法，屬于高溫超導涂層導 體金屬基帶技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以YBC0為代表的第二代高溫涂層超導體受到世界各研究小組的廣泛關(guān)注。經(jīng)近 二十年的研究發(fā)現(xiàn)，YBC0實際工業(yè)化的應(yīng)用必須以制備織構(gòu)出良好立方織構(gòu)的金屬基帶為 前提。由于金屬Ni易形成雙軸立方織構(gòu)，早期的研究中多采用金屬純Ni作為YBC0帶材的 基帶材料，但是純M具有鐵磁性，屈服強度低，不能完全滿足YBC0涂層超導基帶的應(yīng)用要 求。中國專利CN1740357(
公開日2006.3. 1)公開了在Ni中添入一定量的W元素以解決上 述問題，當W的原子百分含量低于5% (簡稱為Ni5W)時，易獲得強的雙軸立方織構(gòu)，但是基 帶的力學性能和磁性仍然不能滿足高溫超導帶材在高場和交流下應(yīng)用的要求；而當隨W原 子含量的升高，雖然基帶的磁性得以降低，同時基帶的力學性能得到大幅度的提高，但是再 結(jié)晶織構(gòu)中立方織構(gòu)的體積分數(shù)急劇下降，不易制備強雙軸立方織構(gòu)的M基合金基帶。針 對這一問題，中國專利 CN100374595CCN100374596C 及 CN100374597C(
公開日
2008. 2. 12) 提出了 M基合金復合基帶及其制備方法，M基復合基帶的核心思路為“復合坯錠法”，復合 坯錠的“外層材料”為低W含量NiW合金材料，其易通過形變和再結(jié)晶退火工藝形成立方織 構(gòu)；復合坯錠的“芯層材料”為具有高強度低磁性的高W含量的NiW合金材料。因此，采用 復合坯錠法，能制備出表層具有銳利的立方織構(gòu)，基帶整體強度和磁性大大降低的復合基 帶。目前，復合坯錠的制備主要有熔煉法，冷等靜壓法及先進的放電等離子體燒結(jié)法這三種 方法。而在實際應(yīng)用過程中，無論采用上述哪種方法得到的復合坯錠，都可能會在后期的軋 制過程中出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。究其原因，是采用現(xiàn)有三種方法制備復合坯錠時，特別是大尺寸 的復合坯錠時，坯錠的外層與芯層間的元素無法得到充分擴散或是擴散不均勻，導致復合 坯錠界面層間結(jié)合力差；另外，采用通過常規(guī)燒結(jié)法得到復合坯錠的本征缺陷(如氣孔，溶 質(zhì)在晶界偏析等)較多，加工性能差，而提高燒結(jié)溫度，將使晶粒長大，導致脆性，這些都導 致了后期軋制過程中出現(xiàn)了開裂的現(xiàn)象；而采用放電等離子(SPS)燒結(jié)，由于其燒結(jié)時間 短，鎳粉與鎢粉難以充分擴散，特別是在制備大尺寸的復合坯錠上，因此可能造成后續(xù)軋制 過程中開裂現(xiàn)象。綜上所述，如何制備得到層間結(jié)合力強，本征缺陷少，晶粒尺寸小的復合 坯錠才是制備出高性能M基合金復合基帶的技術(shù)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過熱等靜壓方法，解決現(xiàn)有復合基帶制備過程中，表層與芯層 容易開裂，不易獲得層間結(jié)合良好的復合基帶的問題，為YBC0涂層超導帶材提供高強度， 低磁性，強雙軸立方織構(gòu)的M基復合基帶。本發(fā)明所提供的熱等靜壓法制備Ni基合金復合基帶，包括以下步驟(1)初始粉末的混合與模具填充
將W的原子百分含量為3-7%的NiW粉(代號為A粉)及W的原子百分含量為 9-12%的MW(代號為B粉)分別進行高能球磨，將研磨好的粉末按A-B-A的順序分層置于 模具中；(2)復合坯錠的壓制將步驟(1)中已分層置于模具中的上述粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制 成型，壓力為150-300MPa，保壓時間為3_5min ；(3)復合坯錠的均勻化燒結(jié)方法一首先將步驟(2)中已壓制好的復合坯錠放入按其尺寸設(shè)計好的包套中， 進行抽真空封焊后，然后將包套放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中進行均勻化處理，燒結(jié)溫度為 900-1200°C，壓力為80-150MPa(工作介質(zhì)為純Ar或純N2)，保溫保壓時間為6_10小時；方法二 首先將步驟(2)中已壓制好的復合坯錠在Ar/H2混合氣體保護或真空條 件900-1200°C下進行均勻化處理，燒結(jié)時間為5-15h，再將此坯錠放入按其尺寸設(shè)計好的 包套中，進行抽真空封焊后，然后將包套放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中進行均勻化處理，燒結(jié)溫 度為900-1300°C，壓力為80-150MPa(工作介質(zhì)為純Ar或純N2)，保溫保壓時間為6_10小時；方法三首先將步驟⑵中已壓制好的復合坯錠在Ar/H2混合氣體保護或真空條 件900-120(TC下進行均勻化處理，燒結(jié)時間為5-15h，再將此坯錠放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備 中進行均勻化處理，燒結(jié)溫度為900-1200°C，壓力為80-150MPa (工作介質(zhì)為純Ar或純N2)， 保溫保壓時間為2-5小時；(4)燒結(jié)復合坯錠的形變軋制對燒制成的復合坯錠進行冷軋(溫軋)，道次變形量為3_15%，總變形量不小于 95%，得到最終厚度為80-150um的冷軋基帶；(5)冷軋基帶的再結(jié)晶熱處理冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護下于1000-1400°C下退火0. 5_2h，得到強雙軸立 方織構(gòu)的Ni基合金復合基帶。本發(fā)明所用的包套是現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵在于采用熱等靜壓法制備出了內(nèi)外層結(jié)合良好，成分擴散均 勻，晶粒尺寸小的M基合金復合初始坯錠，復合坯錠燒結(jié)后金相圖(如圖1)顯示出坯錠的 外層與芯層材料結(jié)合良好，本征缺陷(如氣孔，溶質(zhì)在晶界偏析等)少。本發(fā)明采用熱等靜壓法制備的Ni基復合基帶，表層形成了有利于后續(xù)外延生長 的強雙軸立方織構(gòu)，復合基帶的(001)及(111)面極圖中都表明采用本發(fā)明方法制備的m 基合金復合基帶具有強雙軸立方織構(gòu)(如圖2)。


圖1為采用本發(fā)明方法制備的Ni基合金復合坯錠的金相圖其中所示為Ni5W/Nil2W/Ni5W復合初始坯錠金相圖的Ni5W/Nil2W側(cè)；圖2為采用 本發(fā)明方法制備的Ni基合金復合基帶的(001)及(111)極圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明
實施例1將W的原子百分含量為5%的NiW粉(代號為A粉)及W的原子百分含量為12% 的NiW粉(代號為B粉)分別進行研磨，將研磨好的粉末按照A-B-A的順序分層置于模具 中；然后將上述已分層置于模具中粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，其中壓力 為250MPa，保壓5min ；再將該坯錠放入按其尺寸設(shè)計好的包套中，進行抽真空封焊后；然后 將包套放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中進行均勻化處理，燒結(jié)溫度為1200°C，壓力為130MPa(工 作介質(zhì)為純Ar)，保溫保壓時間為10小時，得到初始復合坯錠，該復合坯錠的金相圖如圖1 所示；對燒制成的復合坯錠進行冷軋，道次變形量為3-15%，總的變形量大于95%，得到厚 為120um冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護氣氛下于1200°C退火2h，得到最終產(chǎn) 品Ni基合金復合基帶。該復合基帶的(001)及(111)面極圖如圖2所示，由圖所示，該復 合基帶具有強的雙軸立方織構(gòu)；該復合基帶在室溫下的屈服強度值為270MPa。實施例2將W的原子百分含量為5%的NiW粉(代號為A粉)及W的原子百分含量為12% 的NiW粉(代號為B粉)分別進行研磨，將研磨好的粉末按照A-B-A的順序分層置于模 具中；然后將已分層置于模具中粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，其中壓力為 250MPa，保壓5min ；隨后，將成型的壓塊置于Ar/H2保護氣氛中1000°C燒結(jié)5h，再將此坯錠 放入按其尺寸設(shè)計好的包套中，進行抽真空封焊后，然后將包套放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中 進行均勻化處理，燒結(jié)溫度為1200°C，壓力為150MPa(工作介質(zhì)為純Ar)，保溫保壓時間為 6小時；對燒制成的復合坯錠進行冷軋，道次變形量為3-15 %，總的變形量大于95%，得到 厚為lOOum冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/Hjg合氣體保護氣氛下于1200°C退火2h，得到最終 產(chǎn)品Ni基合金復合基帶。所得復合坯錠的金相圖和復合基帶的(001)及(111)面極圖與 實施例1基本一致，該復合基帶在室溫下的屈服強度值為280MPa。實施例3將W的原子百分含量為5%的NiW粉(代號為A粉)及W的原子百分含量為12% 的NiW粉(代號為B粉)分別進行研磨，將研磨好的粉末按照A-B-A的順序分層置于模 具中；然后將已分層置于模具中粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，其中壓力為 250MPa，保壓5min ；隨后，將成型的壓塊置于Ar/H2保護氣氛中1000°C燒結(jié)5h，再將此坯錠 放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中進行均勻化處理，燒結(jié)溫度為1200°C，壓力為80MPa(工作介質(zhì)為 純Ar)，保溫保壓時間為3小時；對燒制成的復合坯錠進行冷軋，道次變形量為3-15%，總的 變形量大于95%，得到厚度為lOOum冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/吐混合氣體保護氣氛下于 1200°C退火2h，得到最終產(chǎn)品Ni基合金復合基帶。所得復合坯錠的金相圖和復合基帶的 (001)及(111)面極圖與實施例1基本一致，該復合基帶在室溫下的屈服強度值為275MPa。
權(quán)利要求
熱等靜壓法制備Ni基合金復合基帶，其特征在于，包括以下步驟(1)初始粉末的混合與模具填充將W的原子百分含量為3-7％的NiW粉(代號為A粉)及W的原子百分含量為9-12％的NiW(代號為B粉)分別進行高能球磨，將研磨好的粉末按A-B-A的順序分層置于模具中；(2)復合坯錠的壓制將步驟(1)中已分層置于模具中的上述粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成型，壓力為150-300MPa，保壓時間為3-5min；(3)復合坯錠的均勻化燒結(jié)首先將步驟(2)中已壓制好的復合坯錠放入按其尺寸設(shè)計好的包套中，進行抽真空封焊后，然后將包套放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中進行均勻化處理，燒結(jié)溫度為900-1200℃，壓力為80-150MPa(工作介質(zhì)為純Ar或純N2)，保溫保壓時間為6-10小時；(4)燒結(jié)復合坯錠的形變軋制對燒制成的復合坯錠進行冷軋，道次變形量為3-15％，總變形量不小于95％，得到最終厚度為80-150um的冷軋基帶；(5)冷軋基帶的再結(jié)晶熱處理冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護下于1000-1400℃下退火0.5-2h，得到強雙軸立方織構(gòu)的Ni基合金復合基帶。
2.按照權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于，步驟(3)復合坯錠的均勻化燒結(jié)替換為 首先將步驟(2)中已壓制好的復合坯錠在Ar/H2混合氣體保護或真空條件900-1200°C下進 行均勻化處理，燒結(jié)時間為5-15h，再將此坯錠放入按其尺寸設(shè)計好的包套中，進行抽真空 封焊后，然后將包套放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中進行均勻化處理，燒結(jié)溫度為900 = 1300°C, 壓力為80-150Mpa，工作介質(zhì)為純Ar或純N2，保溫保壓時間為6_10小時。
3.按照權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于，步驟(3)復合坯錠的均勻化燒結(jié)替換為 首先將步驟(2)中已壓制好的復合坯錠在Ar/H2混合氣體保護或真空條件900-1200°C下進 行均勻化處理，燒結(jié)時間為5-15h，再將此坯錠放入熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備中進行均勻化處理， 燒結(jié)溫度為900-1200°C，壓力為80-150MPa工作介質(zhì)為純Ar或純N2，保溫保壓時間為2_5 小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了熱等靜壓法制備Ni基合金復合基帶，屬于高溫涂層超導基帶技術(shù)領(lǐng)域。其制備方法為將W的原子百分比為3-7％的NiW粉末(代號A)和W原子百分含量為9-12％的NiW合金粉末(代號B)按照A-B-A的順序置于模具中；采用熱等靜壓壓制燒結(jié)，得到成分擴散均勻，內(nèi)外層結(jié)合良好的初始復合坯錠；冷軋復合坯錠，道次變形量為3-15％，總變形量大于95％，得到厚度為80-150um的冷軋基帶；該基帶在Ar/H2混合氣體保護下1000-1400℃下退火0.5-2h，即可得到Ni基合金復合基帶。該復合基帶的機械強度高，同時具有強的雙軸織構(gòu)。
文檔編號B21B37/58GK101850422SQ20101016706
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者劉敏, 寇生中, 王麗敏, 王營霞, 索紅莉, 袁冬梅, 邱火勤, 馬麟 申請人:北京工業(yè)大學