無磁性高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用立方織構(gòu)鎳基合金基帶的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無磁性、立方織構(gòu)集中的涂層導(dǎo)體用鎳基合金基帶及其制備方法，屬于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體基帶領(lǐng)域。合金基帶的成分為Ni(85~90wt.%),Cr(7~10wt.%),Mo(3~5wt.%)。其制備方法是，采用純度99.95%以上的純Ni、純Cr和純Mo，按照不同成分配比配料并在電磁感應(yīng)真空熔煉爐中冶煉；合金坯錠經(jīng)過均勻化處理后，熱鍛；鍛件經(jīng)過道次壓下量為3~10%、總壓下量為30~50%熱軋，中間退火和酸洗處理后，再以道次壓下量不大于10%、總壓下量96~98%以上的冷軋獲得厚度約100mm的合金基帶；將冷軋基帶用丙酮超聲清洗后進(jìn)行真空再結(jié)晶退火，退火過程中升溫速率保持在5~15℃/min，退火溫度控制在950~1050℃，保溫時(shí)間120min。
【專利說明】無磁性高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用立方織構(gòu)鎳基合金基帶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無磁性、立方織構(gòu)集中的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用鎳基合金基帶及其制備方法，屬于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體金屬基帶【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]第二代高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體YBa2Cu307_x (YBCO)自發(fā)現(xiàn)以來，以其優(yōu)越的物理特性在電力、交通、運(yùn)輸、磁體技術(shù)、軍事等諸多領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用，特別是在強(qiáng)電領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景。金屬基帶作為超導(dǎo)涂層的載體，其優(yōu)異性能是制備高性能涂層導(dǎo)體的基本保障。
[0003]目前高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的制備主要基于兩種技術(shù)，即離子束輔助沉積法和RABiTS法。這兩種方法都是在金屬基帶上通過緩沖層、過渡層、高溫超導(dǎo)涂層YBa2Cu307-x構(gòu)成超導(dǎo)體，但對(duì)金屬基帶的織構(gòu)有不同的要求。在離子束輔助沉積法制備中，對(duì)金屬基帶沒有織構(gòu)要求，而是通過特殊的設(shè)備在獲得具有立方織構(gòu)的緩沖層和過渡層，再通過外延生長(zhǎng)出具有立方織構(gòu)的高溫超導(dǎo)涂層；在采用RABiTS技術(shù)制備高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體工藝中，要求金屬基帶具有集中立方織構(gòu)和高屈服強(qiáng)度，這樣，就可以通過外延生長(zhǎng)的方法將基帶的立方織構(gòu)過渡到超導(dǎo) 層，再通過高溫處理得到超導(dǎo)涂層導(dǎo)體。由于RABiTS技術(shù)在規(guī)模生產(chǎn)方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因此受到了極大的關(guān)注。
[0004]以YBCO作為超導(dǎo)涂層的導(dǎo)體的導(dǎo)電性能取決于導(dǎo)體的工作環(huán)境溫度，但金屬基帶的磁性會(huì)引起涂層導(dǎo)體在實(shí)際應(yīng)用中的電流損耗。為了獲得高臨界電流密度，減少超導(dǎo)體在實(shí)際應(yīng)用中交流損耗，期望金屬基帶的居里溫度要低于液氮溫度。因此，金屬基帶的織構(gòu)、屈服強(qiáng)度和居里溫度對(duì)高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的制備和應(yīng)用有著重要的影響。
[0005]鎳及其合金是研究最多的一種合金基帶。由于面心立方金屬獨(dú)特的形變和再結(jié)晶行為，在純鎳中非常容易得到高集中度的立方織構(gòu)，因此純鎳基帶最早被用于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的應(yīng)用研究，但這種基帶高的居里溫度和較低的力學(xué)性能使其無法商用。為了改善鎳基帶的性能，人們?cè)谔砑雍辖鹪胤矫骈_展了大量的工作，其中添加合金元素鎢取得的結(jié)果備受關(guān)注:同純鎳基帶相比，已商業(yè)化生產(chǎn)的Ni5W合金基帶綜合性能都得到了大幅度的改善，但是Ni5W合金在液氮溫區(qū)仍然具有鐵磁性，其實(shí)際應(yīng)用范圍受到了限制。當(dāng)鎳鎢合金中鎢的含量增加至7~9.5at.%時(shí)，合金的居里溫度降低到液氮溫度以下，但合金的層錯(cuò)能顯著降低，致使退火后的冷軋基帶難以像Ni5W合金一樣得到高達(dá)98%以上的立方織構(gòu)，并且工業(yè)化生產(chǎn)困難。此外，也有文獻(xiàn)報(bào)道在鎳中添加13at.%Cr或9at.%V同樣可以在液氮溫區(qū)得到無磁性的立方織構(gòu)基帶，然而，合金中高含量的鉻和釩在沉積緩沖層的溫度下極易氧化，會(huì)影響后續(xù)過渡層和超導(dǎo)層的外延生長(zhǎng)和立方織構(gòu)的形成，最終影響涂層導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。在此基礎(chǔ)上，對(duì)三元合金N1-Cr-W和N1-Cr-V的研究結(jié)果表明，在鎳基中加入合金元素后合金的抗氧化性較純鎳差，織構(gòu)的集中度變差，如N1-Cr-W和N1-Cr-V基帶的半高寬分別為Λω=10°，Λ φ=9.4°和Λ ω=8°，Λφ=9°。因此，探索在液氮溫度下無磁性并且立方織構(gòu)集中、力學(xué)性能良好的金屬基帶的制備技術(shù)顯得尤為重要。
[0006]盡管制備鎳基金屬基帶的方法被人為地區(qū)分為粉末冶金法和合金冶煉法，但關(guān)鍵的技術(shù)還是合金化學(xué)成分設(shè)計(jì)和形變-再結(jié)晶退火。采用粉末冶金法的目的是為了解決高熔點(diǎn)合金元素在鎳基體中的均勻合金化問題，但隨著冶煉技術(shù)的提高，合金元素均勻化分布問題已經(jīng)得到了很好的解決。目前普遍采用的基帶制備工藝是:合金冶煉、鑄造、鍛造、熱車L、退火、酸洗、大形變量冷軋和退火。
[0007]本發(fā)明基于對(duì)合金原子磁矩的計(jì)算，提出了一種鎳基三元合金體系，通過通用的真空冶煉、形變-再結(jié)晶退火技術(shù)，獲得了無磁性、力學(xué)性能和抗氧化性良好、立方織構(gòu)集中的鎳基合金及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提出一種無磁性、力學(xué)性能和抗氧化性良好、立方織構(gòu)集中的鎳基合金基帶及其制備方法。此發(fā)明獲得的鎳基合金基帶具有集中的立方織構(gòu)，并且在液氮溫度下表現(xiàn)為順磁性。
[0009]本發(fā)明提供一種無磁性、立方織構(gòu)集中的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用鎳基合金基帶，此合金基帶的組分及重量百分含量具體如下:
Ni 85"90wt.% ; Cr 7^10wt.% ; Mo 3^5wt.%
本發(fā)明提供一種無磁性 、立方織構(gòu)集中的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用鎳基合金基帶的制備方法，其特征在于，包括以下工藝步驟:
(a)合金冶煉和鍛造
將純度均為99.95%以上的純N1、純Cr和純Mo按照上述成分配比進(jìn)行稱重配料，將三種原材料置于電磁感應(yīng)真空熔煉爐中冶煉，獲得鎳基合金初始坯錠。將獲得的坯錠在1050°C下均勻化處理20h，然后熱鍛成約(40~45) X (10~20) X (10~20)臟的鍛件；
(b)鍛件熱軋和冷軋
將鍛件隨爐升溫至1050°C并保溫30min后熱軋，道次壓下量為3%~?Ο%，總壓下量為30%~50% ;熱軋板經(jīng)過1050°C中間退火和酸洗處理后，進(jìn)行道次壓下量不大于10%、總壓下量96、8%以上的冷軋?zhí)幚?，最終獲得厚度約為0.1mm的合金基帶；
(C)冷軋基帶的再結(jié)晶退火
在真空條件下，以5~15°C /min的升溫速率將冷軋基帶升溫至950~l050°C，保溫120min ;或以5~15°C /min的升溫速率升溫至700°C時(shí)保溫30min，然后再以相同的升溫速率升溫至950~l050°C并保溫120min。
[0010]通過本發(fā)明得到的鎳基合金基帶具有以下特點(diǎn):
1.本發(fā)明的合金基帶是在鎳基上添加少量合金元素，在保證織構(gòu)質(zhì)量的前提下大大降低了磁性能，在液氮溫區(qū)表現(xiàn)為順磁性，居里溫度為45K ；
2.與純鎳及二元鎳基合金相比，本發(fā)明的三元鎳基合金基帶的力學(xué)性能得到了大幅提高，并且易于得到集中的立方織構(gòu)。通過本發(fā)明得到的鎳基合金基帶的面外(Λ ω)及面內(nèi)(Δ Φ)掃描的半高寬分別為4~5.3°和7.8~8.6°，更能滿足制備高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的實(shí)際需要?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1 為實(shí)施例1-4中不同升溫速率下的X射線衍射圖。
[0012]圖2為實(shí)施例1中的(111)面Φ角度掃描圖。
[0013]圖3為實(shí)施例1中的(200)面ω角度掃描圖。
[0014]圖4為實(shí)施例2中的(111)面Φ角度掃描圖。
[0015]圖5為實(shí)施例2中的(200)面ω角度掃描圖。
[0016]圖6為實(shí)施例3中的(111)面Φ角度掃描圖。
[0017]圖7為實(shí)施例3中的(200)面ω角度掃描圖。
[0018]圖8為實(shí)施例4中的(111)面Φ角度掃描圖。
[0019]圖9為實(shí)施例4中的(200)面ω角度掃描圖。
[0020]圖10為實(shí)施例中磁化強(qiáng)度和溫度的關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
將純度均為99.95%以上的N1、Cr、Mo按照90%、7%及3%的重量百分比進(jìn)行配料，配料經(jīng)過電磁感應(yīng)真空熔煉爐充分冶煉后，獲得初始坯錠；將獲得的坯錠在1050°C下均勻化處理20h，使合金化學(xué)成分更加均勻，然后將坯錠熱鍛成尺寸為44 ' 14 ' 14mm的鍛件；將鍛件隨爐升溫至1050°C保溫30min后進(jìn)行熱軋，道次壓下量約為10%，最后得到厚度為4.8mm的熱軋板。將熱軋板在1050°C退火處理和酸洗后，進(jìn)行道次壓下量為3~10%、總壓下量為98%的冷軋，獲得厚度為IOOmm的合金基帶。將冷軋基帶用丙酮超聲清洗除油后在真空環(huán)境下進(jìn)行退火，退火工藝為以10°C /min的升溫速率升至1050°C保溫120min，最終得到無磁性的立方織構(gòu)基帶。該合金基帶的X射線衍射分析結(jié)果見圖1，(111)面Φ掃描和(200)面ω掃描結(jié)果分別示于圖2和圖3中，合金磁化強(qiáng)度和溫度的關(guān)系如圖10。面內(nèi)和面外掃描的半高寬分別為5.3°和7.8°，居里溫度為45Κ。說明此合金可以獲得無磁性高集中度的立方織構(gòu)。
[0022]實(shí)施例2
將純度均為99.95%以上的N1、Cr、Mo按照90%、7%及3%的重量百分比進(jìn)行配料，配料經(jīng)過電磁感應(yīng)真空熔煉爐充分冶煉后，獲得初始坯錠；將獲得的初始坯錠在1050°C下均勻化退火20h，使合金化學(xué)成分更加均勻，然后將坯錠熱鍛成尺寸為44 X 14 X 14mm的鍛件；將鍛件隨爐升溫至1050°C保溫30min后進(jìn)行熱軋，道次壓下量約為10%，最后得到厚度為4.8mm的熱軋板。將熱軋板在1050°C退火處理和酸洗后，進(jìn)行道次壓下量為3~10%、總壓下量為98%的冷軋，獲得厚度為IOOmm的合金基帶。將冷軋基帶用丙酮超聲清洗除油后在真空環(huán)境下進(jìn)行退火，退火工藝為以15°C/min的升溫速率升至1050°C保溫120min，最終得到無磁性的立方織構(gòu)基帶。該合金基帶的X射線衍射分析結(jié)果見圖1，(111)面Φ掃描和(200)面ω掃描結(jié)果不于圖4和圖5中，合金磁化強(qiáng)度和溫度的關(guān)系如圖10。面內(nèi)和面外掃描的半高寬分別為5.3°和7.9°，居里溫度為45Κ。說明此合金可以獲得無磁性高集中度的立方織構(gòu)。
[0023]實(shí)施例3
將純度均為99.95%以上的N1、Cr、Mo按照85%、10%及5%的重量百分比進(jìn)行配料，配料經(jīng)過電磁感應(yīng)真空熔煉爐充分冶煉后，獲得初始坯錠；將獲得的初始坯錠在1050°C下均勻化退火20h，合金化學(xué)成分更加均勻，然后將坯錠熱鍛成41 X 19 X 12mm的鍛件；將鍛件隨爐升溫至1050°C保溫30min后進(jìn)行熱軋，道次壓下量約為10%，最后得到厚度為4.5mm的熱軋板。將熱軋板在1050°C退火處理和酸洗后，進(jìn)行道次壓下量為3~10%、總壓下量量為97%的冷軋?zhí)幚?，獲得厚度為IOOmm的合金基帶。將冷軋基帶用丙酮超聲清洗除油后在真空環(huán)境下進(jìn)行退火，退火工藝為以10°C /min的升溫速率升至700°C保溫30min然后再以IO0C /min的升溫速率升至1000°C保溫120min，最終得到無磁性的立方織構(gòu)基帶。該合金基帶的X射線衍射分析結(jié)果見圖1，(111)面Φ掃描和(200)面ω掃描結(jié)果示于圖6和圖7中。面內(nèi)和面外掃描的半高寬分別為4.7°和8.6°，說明此合金可以獲得高集中度的立方織構(gòu)。
[0024] 實(shí)施例4 將純度均為99.95%以上的N1、Cr、Mo按照85%、10%及5%的重量百分比進(jìn)行配料，配料經(jīng)過電磁感應(yīng)真空熔煉爐充分冶煉后，獲得初始坯錠；將獲得的初始坯錠在1050°C下均勻化退火20h，合金化學(xué)成分更加均勻，然后將坯錠熱鍛成41 X 19 X 12mm的鍛件；將鍛件隨爐升溫至1050°C保溫30min后進(jìn)行熱軋，道次壓下量約為10%，最后得到厚度為4.5mm的熱軋板。將熱軋板在1050°C退火處理和酸洗后，進(jìn)行道次壓下量為3~10%、總壓下量為97%的冷軋?zhí)幚恚@得厚度為IOOmm的合金基帶。將冷軋基帶用丙酮超聲清洗除油后在真空環(huán)境下進(jìn)行退火，退火工藝為以5°C /min的升溫速率升至950°C保溫120min，最終得到無磁性的立方織構(gòu)基帶。該合金基帶的X射線衍射分析結(jié)果見圖1，(111)面Φ掃描和(200)面ω掃描結(jié)果示于圖8和圖9中。面內(nèi)和面外掃描的半高寬分別為6.2°和7.1°，說明此合金可以獲得高集中度的立方織構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種無磁性高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用立方織構(gòu)鎳基合金基帶，其特征在于，其組分及質(zhì)量百分比為:Ni85~90wt.%，Cr7~10wt.%，Mo3~5wt.%。
2.一種無磁性高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用立方織構(gòu)鎳基合金基帶的制備方法，其特征在于，具有以下的工藝過程和步驟: (a)合金冶煉和鍛造 將純度均為99.95%以上的純N1、純Cr和純Mo按照上述成分配比進(jìn)行稱重配料，將三種原材料置于電磁感應(yīng)真空熔煉爐中冶煉，獲得鎳基合金初始坯錠；將獲得的坯錠在1050°C下均勻化處理20h，然后熱鍛成約(40~45) X (10~20) X (10~20)臟的鍛件； (b)鍛件熱軋和冷軋 將鍛件隨爐升溫至1050°C并保溫30min后熱軋，道次壓下量為3~10%，總壓下量為30^50% ;熱軋板經(jīng) 過1050°C中間退火和酸洗處理后，進(jìn)行道次壓下量不大于10%、總壓下量96^98%以上的冷軋?zhí)幚?，最終獲得厚度約為IOOmm的合金基帶； (C)冷軋基帶的再結(jié)晶退火 在真空條件下，以5~15°C /min的升溫速率將冷軋基帶升溫至950~l050°C，保溫120min ;或以5~15°C /min的升溫速率升溫至700°C時(shí)保溫30min，然后再以相同的升溫速率升溫至950~l050°C并保溫120min。
【文檔編號(hào)】C22C19/05GK103952592SQ201410147205
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】王均安, 劉二微, 黃宏川, 陳紀(jì)昌, 張植權(quán) 申請(qǐng)人:上海大學(xué)