一種無磁性、高強度織構(gòu)鎳基合金復(fù)合基帶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無磁性、高強度織構(gòu)鎳基合金復(fù)合基帶的制備方法，屬于高溫涂層超導(dǎo)體強韌化織構(gòu)金屬基帶技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]釔系涂層超導(dǎo)材料與第一代鉍系超導(dǎo)線材相比其具有高的不可逆場和高的載流能力，因此更具有競爭力，更有希望實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)并大規(guī)模應(yīng)用的一種超導(dǎo)材料。由美國橡樹嶺國家實驗室發(fā)明的壓延輔助雙軸織構(gòu)基帶制備技術(shù)即RABiTS技術(shù)是目前國內(nèi)外學(xué)者研究的主要技術(shù)路線之一。RABiTS技術(shù)是通過對金屬基底的大形變量乳制及熱處理以獲得銳利的立方織構(gòu)，再通過緩沖層將立方織構(gòu)傳遞給外層的YBCO超導(dǎo)層，而作為涂層導(dǎo)體用的織構(gòu)金屬基帶是RABiTS技術(shù)路線中制備高性能超導(dǎo)帶材的關(guān)鍵，其中，鎳鎢合金基帶由于其良好的綜合性能，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，目前，Ni5W合金基帶已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)，但是由于其在液氮溫區(qū)的鐵磁性和低的屈服強度，使得基于RABiTS路線制備的第二代高溫涂層超導(dǎo)帶材進一步的廣泛應(yīng)用受到了一定的限制。而研究發(fā)現(xiàn)層狀復(fù)合基帶可以降低基帶整體的磁性能并提高屈服強度，因此層狀復(fù)合基帶的研究是解決以上問題的有效途徑之一。公開號為0附028258574(公開日2012.12.19)的專利公開了一種無磁性織構(gòu)附基合金復(fù)合基帶及其制備方法，由于其復(fù)合坯錠是通過放電等離子體燒結(jié)得到的，需要在真空條件下燒結(jié)，操作工藝復(fù)雜，并且燒結(jié)設(shè)備和維護費用都很昂貴，不適合工業(yè)化生產(chǎn)強立方織構(gòu)的復(fù)合基帶。因此，開發(fā)一種工藝簡單、經(jīng)濟且可連續(xù)大批量生產(chǎn)復(fù)合基帶的方法具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了得到無磁性、高強度立方織構(gòu)鎳基合金復(fù)合基帶，降低成本、提高生產(chǎn)效率，滿足更多領(lǐng)域的應(yīng)用要求，提供一種無磁性、高強度織構(gòu)鎳基合金復(fù)合基帶的制備方法。
[0004]本發(fā)明所提供的無磁性、高強度織構(gòu)鎳基合金復(fù)合基帶的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
步驟S100:澆注系統(tǒng)的設(shè)計和制備
步驟SlOl:將采用真空感應(yīng)熔煉獲得的鎢的原子百分含量為9%?10%的鎳鎢合金經(jīng)過高溫鍛造及熱乳得到鎳鎢合金坯錠，再將鎳鎢合金坯錠機械打磨去掉氧化皮，表面清洗后得到芯層材料；
步驟S102:將步驟SlOl得到的芯層材料焊接在固定支架的中部；
步驟S103:將步驟S102得到的固定支架用水泥砌在鑄型上，其中芯層材料位于兩側(cè)的鑄型之間；
步驟S104:將步驟S103得到的鑄型用水泥砌在內(nèi)部設(shè)有澆道的耐火材料一側(cè)，其中芯層材料兩側(cè)的型腔與耐火材料內(nèi)部的澆道相通，流槽用水泥砌在內(nèi)部設(shè)有澆道的耐火材料另一側(cè)，其中流槽與耐火材料內(nèi)部的澆道相通，流槽的開口上端設(shè)計有漏斗狀澆口杯；
步驟S200:復(fù)合鑄錠的制備
步驟S201:將鎳塊和釩塊按照釩的原子百分含量為9%進行配比；
步驟S202:將步驟S201得到的混合材料置于電磁感應(yīng)真空熔煉爐中熔煉；
步驟S203:將經(jīng)過步驟S202熔煉獲得的液態(tài)鎳釩合金材料澆注到步驟S104得到的澆注系統(tǒng)內(nèi)，液態(tài)鎳釩合金材料充滿整個型腔，待冷卻后脫模并切掉四周的余料得到復(fù)合鑄錠，該復(fù)合鑄錠分為三層，外層均為釩的原子百分含量為9%的鎳釩合金，芯層為鎢的原子百分含量為9%?10%的鎳鎢合金；
步驟S300:復(fù)合鑄錠的低溫?zé)崽幚?br> 步驟S301:將步驟S203中得到的層狀復(fù)合鑄錠在900°C進行熱處理，保溫2?4小時；
步驟S400:復(fù)合鑄錠的冷乳及再結(jié)晶熱處理
步驟S401:將經(jīng)過步驟S301處理得到的復(fù)合鑄錠進行大變形量冷乳得到冷乳復(fù)合基帶，道次變形量為2%?15%，總變形量為95% ；
步驟S402:將經(jīng)過步驟S401處理的冷乳復(fù)合基帶在氮氣和氫氣的混合氣體中進行再結(jié)晶熱處理得到無磁性、高強度織構(gòu)鎳基合金復(fù)合基帶，其中氮氣與氫氣的混合氣體中氫氣的體積分數(shù)為10%，再結(jié)晶熱處理工藝為1100?1150°C保溫1.5小時。
[0005]本發(fā)明采用熔鑄法制備層狀復(fù)合坯錠，外層合金凝固后在界面處與芯層合金形成冶金結(jié)合，與放電等離子體燒結(jié)技術(shù)相比可以制備大尺寸的復(fù)合鑄錠，生產(chǎn)效率得到了明顯提高；中間采用熱處理工藝消除了鑄造應(yīng)力，并使界面處的溶質(zhì)原子充分固溶，避免形成脆性的金屬間化合物，另外，適當(dāng)?shù)臒崽幚硎雇鈱雍托緦咏缑嫣幦苜|(zhì)原子充分擴散，形成一定厚度的擴散層，在不采用熱乳的條件下使復(fù)合鑄錠在后續(xù)大變形量冷乳過程中不會開裂或分層;在再結(jié)晶熱處理過程中采用了含有廉價氮氣的N2/H2混合氣體，與Ar/H2混合氣體相比成本更低，更適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明設(shè)計的鎳基合金復(fù)合基帶在液氮溫區(qū)具有無磁性的特點，在室溫下鎳基合金復(fù)合基帶的強度與相應(yīng)的單層鎳釩合金復(fù)合基帶相比有大幅度提高。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例1制得的鎳基合金復(fù)合基帶截面的掃描電鏡圖；
圖3是本發(fā)明實施例1制得的鎳基合金復(fù)合基帶表面的(001)面極圖；
圖4是本發(fā)明實施例1制得的鎳基合金復(fù)合基帶的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；
圖5是本發(fā)明實施例2制得的鎳基合金復(fù)合基帶表面的(001)面極圖；
圖6是本發(fā)明實施例2制得的鎳基合金復(fù)合基帶的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
[0008]圖中:1、固定支架，2、鑄型，3、芯層材料，4、澆道，5、流槽，6、液態(tài)鎳釩合金材料。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
步驟S100:澆注系統(tǒng)的設(shè)計和制備
步驟SlOl:設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示的底注式澆注系統(tǒng)； 步驟S102:將采用真空感應(yīng)熔煉獲得的鎢的原子百分含量為9%的鎳鎢合金經(jīng)過高溫鍛造及熱乳得到鎳鎢合金坯錠，將鎳鎢合金坯錠機械打磨去掉氧化皮，表面清洗后得到芯層材料3，如圖1所示位置；
步驟S103:將步驟S102得到的芯層材料3焊接在固定支架I上；
步驟S104:將步驟S103得到的固定支架I用水泥砌在鑄型2上；
步驟S105:將步驟S104得到的鑄型2用水泥砌在內(nèi)部有澆道4的耐火材料上，流槽5上端設(shè)計的漏斗狀澆口杯有助于坩禍內(nèi)的合金液體導(dǎo)入流槽；
步驟S200:復(fù)合鑄錠的制備
步驟S201:將鎳塊和釩塊按照釩的原子百分含量為9%進行配比；
步驟S202:將步驟S201得到的混合材料置于電磁感應(yīng)真空熔煉爐中熔煉；
步驟S203:將經(jīng)過步驟S202熔煉獲得的液態(tài)鎳釩合金材料6澆注到步驟S105得到的澆注系統(tǒng)內(nèi)，液態(tài)鎳釩合金材料6充滿整個鑄型型腔，待冷卻后脫模并切掉四周的余料得到復(fù)合鑄錠，該復(fù)合鑄錠分為三層，外層均為釩的原子百分含量為9%的鎳釩合金，芯層為鎢的