CN101635185B - 一种无/低磁性立方织构Ni-W合金基带的制备方法 - Google Patents
一种无/低磁性立方织构Ni-W合金基带的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于高温超导涂层导体织构金属基带领域。本发明采用粉末冶金法获得W元素不均匀分布的初始坯锭，经冷轧及优化的高温热处理，通过W元素由芯层向外层扩散获得表面W含量为7～9.3a t.％的高强度，无(低)磁性和高立方织构含量的金属基带。本发明方法简单易行，所制备的Ni-W合金基带具有良好的表面质量和锐利的立方织构，可以直接外延生长过渡层和超导层；同时在液氮温区无(低)磁性，并具有很高的机械强度，可以满足进一步提高YBCO涂层导体性能的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种无磁性(或低磁性)立方织构镍钨(Ni-W)合金基带的制备方法，属于高温超导涂层导体织构金属基带技术领域。
背景技术
第二代高温超导涂层导体自发现以来，由于其优良的性能受到了人们广泛的关注。在实用化的研究中，将其外延生长在多晶的韧性金属基带上是一种行之有效的思路。而制备织构的金属基带则是获得高性能涂层导体的关键之一。
目前，应用于涂层导体织构金属基带的材料主要为纯Ni及Ni合金，世界范围内，百米级的Ni-5at.％W(Ni5W)合金金属基带已被数家公司商业化生产。但由于Ni5W合金居里转变温度较高，在77K(涂层导体工作温区)下应用时仍然具有铁磁性，在输送交流电的过程中会增加交流损耗，降低了涂层导体的性能，并且Ni5W金属基带的机械强度有待进一步提高。这都大大限制了涂层导体的实际应用。而W含量的增加会大大提高NiW合金基带的机械强度以及降低基带的居里转变温度，当W含量为9.3％at.％时，其居里温度降低到77K以下，使得涂层导体在其应用的温度下(77K)使用时消除了交流损耗。但是，随着W含量的增加，合金的层错能逐渐降低，使立方织构的形成变得十分困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备高强度，无磁性(低磁性)，表面具有高的{001}<100>立方织构，可用于后续外延生长氧化物过程层及超导层的NiW合金基带的方法。
本发明通过采用粉末冶金法获得W元素不均匀分布的初始坯锭，经冷轧及优化高温热处理，通过W元素由芯层向外层扩散获得表面W含量为7～9.3at.％的高强度，无(低)磁性和高立方织构含量的金属基带，具体包括以下步骤：
1)在保护性气氛中，将纯度为99.9％的Ni粉和纯度为99.9％的W粉按照W原子占Ni原子和W原子总数的9％～12％混合后，球磨2～4h，得到高W合金粉末；在保护性气氛中，将纯度为99.9的Ni粉和纯度为99.9的W粉按照W原子占Ni原子和W原子总数的5％～7％混合后，球磨2～4h，得到低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的体积比为1∶1～3∶1，而后经放电等离子烧结制备初始坯锭，烧结温度为800-1000℃，烧结时间3-8min；
2)将初始坯锭进行冷轧，道次变形量小于5％，总变形量大于99％，最终获得50μm～100μm厚的冷轧基带；
3)将冷轧基带在保护性气氛中进行分级热处理，首先在650℃～750℃之间进行30min的低温形核热处理使立方晶核优先形成，然后升至1100℃～1200℃之间进行30min～60min的立方晶粒长大热处理后将温度升至1300℃～1450℃之间进行60min～240min的溶质扩散处理，使W原子充分扩散，得到外层W原子百分含量为7～9.3at.％的Ni-W合金、高强度、无(低)磁性以及锐利立方织构的N-Wi合金基带。
其中，所述的保护性气氛为Ar与H2的混合气体，混合气体中H2的体积分数为4％。
本发明的核心技术是首先利用外层低W含量的NiW合金容易形成立方织构的特点在热处理过程中首先形成锐利的立方织构，然后经较高温度或较长时间的高温热处理通过溶质扩散的方法将内层高W层中的W原子扩散至外层低W层从而使外层W含量增加，降低基带整体的磁性能，并保证外层的立方织构含量。本发明的另一个核心技术为控制内外层合金粉末的体积比，外层合金的厚度直接影响内层W元素的扩散效率以及后续溶质扩散热处理的工艺。外层太厚，溶质扩散至外层需要热处理温度较高或时间较长，对基带表面形成热腐蚀，不利于后续外延过渡层的生长；外层太薄，在外层立方织构形核长大时期内层W原子的扩散会影响外层立方织构的形成。因此应同时兼顾初始坯锭内外层比例以及溶质扩散热处理工艺。
本发明具有以下有益效果：
与现有的采用温轧工艺制备高W含量(＞7at.％)Ni-W合金基带技术相比，本发明方法制备的Ni-W合金基带具有良好的表面质量和锐利的立方织构，可以直接外延生长过渡层和超导层。同时由于此种Ni-W合金基带具有在液氮温区没有(低)磁性并具有很高的机械强度，可以满足进一步提高YBCO涂层导体性能的要求；同时与温轧相比采用冷轧的轧制方式，可简化轧制工艺容易实现工业化。
附图说明
图1、实施例1中的冷轧基带截面背散射图。
图2、实施例1中基带的(111)极图。
图3、实施例2、3中的冷轧基带截面背散射图。
图4、实施例2中基带的(111)极图。
图5、实施例3中基带的(111)极图。
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
1)在保护性气氛(Ar-4％H2)中，将纯度为99.9的Ni粉和纯度为99.9的W粉按照Ni原子和W原子比为95∶5和91∶9分别球磨3h，得到高W合金粉末和低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W-高W-低W的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的体积比为1∶3∶1，而后采用放电等离子烧结技术在800℃烧结5min，得到制备初始坯锭；
2)将初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5％，总变形量为99％，最终获得75μm厚的冷轧基带(见图1)；
3)将冷轧基带在保护性气氛(Ar-4％H2)中进行分级热处理，首先在650℃保温30min，然后升温至1100℃保温30min后将温度升至1450℃保温60min，得到无/低磁性立方织构Ni-W合金基带。
在基带的外层W原子百分含量为7％，其(111)面极图见图2，立方织构含量为99％，由于基带经过扩散处理使表层W含量从5％提高到7％，大大降低了基带整体的磁性能，同时保证了较高的立方织构含量。
实施例2
1)在保护性气氛(Ar-4％H2)中，将纯度为99.9的Ni粉和纯度为99.9的W粉按照Ni原子和W原子比为93∶7和89∶11分别球磨2h，得到高W合金粉末和低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W-高W-低W的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的体积比为1∶1∶1，而后采用放电等离子烧结技术在800℃烧结5min，得到制备初始坯锭；
2)将初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5％，总变形量为99％，最终获得75μm厚的冷轧基带(见图3)；
3)将冷轧基带在保护性气氛(Ar-4％H2)中进行分级热处理，首先在700℃保温30min，然后升温至1200℃保温60min后将温度升至1400℃保温180min，得到无/低磁性立方织构Ni-W合金基带。
该基带的外层W原子百分含量为8％，其(111)面极图见图4，立方织构含量为99％，由于基带经过扩散处理使表层W含量从7％提高到8.7％，大大降低了基带整体的磁性能，同时保证了较高的立方织构含量。
实施例3
1)在保护性气氛(Ar-4％H2)中，将纯度为99.9的Ni粉和纯度为99.9的W粉按照Ni原子和W原子比为93∶7和88∶12分别球磨4h，得到高W合金粉末和低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W-高W-低W的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的体积比为1∶1∶1，而后采用放电等离子烧结技术在800℃烧结5min，得到制备初始坯锭；
2)将初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5％，总变形量为99％，最终获得75μm厚的冷轧基带(见图3)；
3)将冷轧基带在保护性气氛(Ar-4％H2)中进行分级热处理，首先在700℃保温30min，然后升温至1200℃保温60min后将温度升至1400℃保温180min，得到无/低磁性立方织构Ni-W合金基带。
该基带的外层W原子百分含量为9％，其(111)面极图见图5，可见在其表面形成了锐利的立方织构，由于基带经过扩散处理使表层W含量从7％提高到9％，使基带的居里转变温度降到了77K以下，消除了涂层导体在输电过程中的交流损耗，同时保证了较高的立方织构含量，有利于后续的外延薄膜的生长。
Claims (2)
1.一种无/低磁性立方织构Ni-W合金基带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在保护性气氛中，将纯度为99.9％的Ni粉和纯度为99.9％的W粉按照W原子占Ni原子和W原子总数的9％～12％混合后，球磨2～4h，得到高W合金粉末；在保护性气氛中，将纯度为99.9的Ni粉和纯度为99.9的W粉按照W原子占Ni原子和W原子总数的5％～7％混合后，球磨2～4h，得到低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的体积比为1∶1～3∶1，而后经放电等离子烧结制备初始坯锭，烧结温度为800-1000℃，烧结时间3-8min；
2)将初始坯锭进行冷轧，道次变形量小于5％，总变形量大于99％，最终获得50μm～100μm厚的冷轧基带；
3)将冷轧基带在保护性气氛中进行分级热处理，首先在650℃～750℃保温30min，然后升温至1100℃～1200℃保温30min～60min后将温度升至1300℃～1450℃保温60min～240min，得到无/低磁性立方织构Ni-W合金基带。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的保护性气氛为Ar与H2的混合气体，混合气体中，H2的体积百分比为4％。
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: GAO MANGMANG SUO HONGLI GAO PEIKUO ZHAO YUE MA LIN WANG JIANHONG LIU MIN QIU HUOQIN TO: SUO HONGLI GAO MANGMANG GAO PEIKUO ZHAO YUE MA LIN WANG JIANHONG LIU MIN QIU HUOQIN |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110112 Termination date: 20160828 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |