專利名稱：一種涂層超導Ni-W合金基帶線材的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高溫涂層超導材料基帶線材制備技術領域，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：
釔鋇銅氧(即YBa2Cu307_x通常簡寫為YBC0)涂層高溫超導材料是一種脆性陶瓷， 并且傳輸電流時存在“弱連接”現(xiàn)象，所以將其涂覆在帶有隔離層的雙軸織構韌性金屬基 帶上，是實現(xiàn)其規(guī)?；瘧眉吧a(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，在涂層導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，屈服強度低，不能完全滿足YBC0涂層超導基帶應用的要求。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W 的原子百分比含量低于5% (簡寫為Ni5W)時，容易獲得強的雙軸立方織構。百米級高立方 織構的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用于涂層導體的 研究。目前，YBC0高溫涂層超導電纜的應用過程中，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涂層電纜制備技術的關鍵。國內目前沒有關于此 處關鍵技術的提出和發(fā)明。為實現(xiàn)YBC0超導材料在電纜中的大規(guī)模穩(wěn)定化生產(chǎn)，一種涂層 超導M-W合金基帶線材制備方法的提出勢在必行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了滿足YBC0涂層超導電纜的應用要求，提供一種涂層超導 (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雙軸立方織構。本發(fā)明所提供的涂層超導(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 熔煉爐坩堝中，抽真空5min，關閉真空裝置，充入kr氣到35mmHg柱，中頻感應加熱熔煉，初 始功率為30KW保持2min，然后調為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；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%的道次變形量進行開坯軋制，隨后進行冷軋，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合金基帶進行分條加工，按照不同涂層超導電纜的 直徑要求，將Ni5W合金基帶線材加工成直徑為2-10mm記為d，進而計算Ni5W合金基帶的橫 向寬度t，即t = ji d，冷軋Ni5W合金基帶沿軋向兩邊毛刺去除量設置為2-3mm，根據(jù)計算結果，將上述得到的M5W合金基帶用薄帶材分條機切割，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形槽開口機械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，對于直徑較小的管型線材成型 可采用夾緊措施進行固定，隨后采用激光焊進行焊接，焊接過程采用穩(wěn)定的激光功率、焊接 速度、離焦量和Ar保護氣體流量，進而獲得高質量的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的Ni5W合金基帶管狀線材。本發(fā)明采用真空熔煉技術于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、適應性強的激光焊接成形，從而保證Ni5W合金基帶管狀線材的 質量。經(jīng)再結晶退火后基帶線材表面形成了與彎曲應力方向成45°角的退火斑線，如圖2。 但形成了強的雙軸立方織構，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)明的技術關鍵在于提出了 M5W合金基帶線材成型的工藝手段。首先，根據(jù)涂 層導體電纜應用要求計算出成型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的激光焊接，成功制備出了涂層導體電纜用M5W合金基帶管狀線材， 工藝設計流程如圖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和良好的 表面質量，可以直接外延生長過渡層和超導層，可以滿足YBC0涂層導體電纜的應用要求， 而且采用真空感應熔煉，連續(xù)管線成型工藝和焊接工藝制備方法，可以實現(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、實例1中Ni5W基帶線材退火后表面SEM掃描圖；圖3、實例2中Ni5W基帶線材退火后表面的(111)和(200)極圖；圖4、實例3中Ni5W基帶線材退火后表面的(111)晶面小掃描曲線；圖5、實例3中Ni5W基帶線材退火后表面的《掃描曲線；圖6、實例4中Ni5W基帶線材退火后表面的背散射電子衍射(EBSD)圖。
具體實施例方式以下通過具體實施實例對本發(fā)明進行更詳細的說明。實施實例僅是對本發(fā)明的一 種說明，而不構成對本發(fā)明的限制。實施實例是實際應用例子，對于本領域的專業(yè)技術人員 很容易掌握并驗證。如果在本發(fā)明的基礎上做出某種改變，那么其實質并不超出本發(fā)明的范圍。實施實例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熔 煉爐坩堝中，抽真空5min，關閉真空裝置，充入Ar氣到35mmHg柱，中頻感應加熱熔煉，初始 功率為30KW保持2min，然后調為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；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計算Ni5W合金基帶的橫向寬度t = 6. 28mm，冷軋基帶沿軋向 兩邊毛刺去除量設置為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形槽開口機械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近o形，并對管型線 材成型采用夾緊措施進行固定，隨后采用激光焊進行焊接獲得高質量的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，形成了與彎曲應力方向 成45°角的退火斑線，但不影響再結晶立方織構的形成，最終得到具有銳利雙軸立方織構 的Ni5W合金基帶管狀線材。實施實例2按照實施例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，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計算Ni5W合金基帶的橫向寬度t = 15. 7mm，冷軋基帶沿軋 向兩邊毛刺去除量設置為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 激光焊進行焊接獲得高質量的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。實施實例3按照實施例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，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計算Ni5W合金基帶的橫向寬度t = 25. 12mm，冷軋基帶沿軋 向兩邊毛刺去除量設置為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 光焊進行焊接獲得高質量的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)值達到了 5. 76°見圖4， 掃描半高寬值(FWHM)達到4. 3°見圖5，即得到 了具有銳利雙軸立方織構的M5W合金基帶管狀線材。實施實例4按照實施例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，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計算Ni5W合金基帶的橫向寬度t = 31. 4mm，冷軋基帶沿軋 向兩邊毛刺去除量設置為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 用激光焊進行焊接獲得高質量的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，立方織構含量達 99% ( < 10° )。
權利要求
一種涂層超導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熔煉爐坩堝中，抽真空5min，關閉真空裝置，充入Ar氣到35mmHg柱，中頻感應加熱熔煉，初始功率為30KW保持2min，然后調為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；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％的道次變形量進行開坯軋制，隨后進行冷軋，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合金基帶進行分條加工，按照不同涂層超導電纜的直徑要求，將Ni5W合金基帶線材加工成直徑為2-10mm記為d，進而計算Ni5W合金基帶的橫向寬度t，即t＝πd，冷軋Ni5W合金基帶沿軋向兩邊毛刺去除量設置為2-3mm，根據(jù)計算結果，將上述得到的Ni5W合金基帶用薄帶材分條機切割，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形槽開口機械閉合，采用搭接工藝使橫截面接近σ形，對于直徑較小的管型線材成型可采用夾緊措施進行固定，隨后采用激光焊進行焊接，焊接過程采用穩(wěn)定的激光功率、焊接速度、離焦量和Ar保護氣體流量，進而獲得高質量的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和良好的表面質量，可以直接外延生長過渡層和超導層，滿足YBCO涂層導電纜的應用要求，而且采用真空感應熔煉，連續(xù)管線成型工藝和激光焊接工藝制備方法，可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B23P17/04GK101804554SQ20101013509
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2010年3月26日
發(fā)明者王建宏, 索紅莉, 馬麟, 高培闊, 高忙忙 申請人:北京工業(yè)大學