CN102825857A - 一种无磁性织构Ni基合金复合基带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无磁性织构Ni基合金复合基带及其制备方法，属于高温超导涂层导体金属基带技术领域。本发明拟解决合金基带立方织构、磁性能和机械性能整体提升的需求。合金复合基带分为三层，外层合金的组分及原子百分含量具体为Ni88～91at.%，V9～12at.%，芯层合金的组分及原子百分含量具体为Ni88～91at.％，W9～12at.%。其制备方法，采用粉末冶金方法，包括以下步骤：（1）初始粉末的混合与模具填充；（2）初始合金坯锭的制备；（3）初始坯锭的形变轧制；（4）冷轧基带的再结晶热处理。本发明的合金基带具有无磁性，高立方织构，强机械性能等特点。

Description

一种无磁性织构Ni基合金复合基带及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层导体用无磁性织构Ni基合金复合基带及其制备方法，属于高温超导涂层导体金属基带技术领域。

背景技术

第二代高温超导带材(YBa₂Cu₃O_7-x，YBCO)由于比第一代铋系(BSCCO)超导材料具有更优越的性能，因而有望在超导变压器、超导电机、超导限流器等强电领域实现其应用。在实际应用化的研发中，制备高性能的金属基带是获得高性能涂层超导体的关键。由于金属合金基带承担支撑、外延过渡层和超导薄膜，以及承载部分电流的重要作用，所以为了满足高性能超导带材的需求，高织构度、高电导率、较小交流损耗、较大屈服极限等性质的获得是制备高性能的金属基带的关键。

在目前多种应用于涂层导体的金属合金基带中，Ni5at.%W（Ni5W）合金基带是人们研究最系统、最深入的基带材料之一。虽然Ni5W具有易获得立方织构，成本低廉以及抗氧化性好等优点，但在77K下仍然具有铁磁性且屈服强度较低，因而限制了涂层导体在实际应用中的应用。为了进一步提高NiW合金基带的机械性能且降低实际应用中的交流损耗，制备无磁性织构Ni基合金复合基带是一条行之有效的思路。

发明内容

本发明的目的是提出一种无磁性，高立方织构Ni基合金复合基带及其制备方法。

本发明提供一种高温超导涂层导体用Ni基合金复合基带，此合金复合基带分为三层，外层合金的组分及原子百分含量具体为Ni88～91at.%，V9～12at.%，芯层合金的组分及原子百分含量具体为Ni88～91at.%，W9～12at.%

本发明提供一种高温超导涂层导体用Ni基合金复合基带的制备方法，其特征在于，采用放电等离子体烧结的方法，其工艺步骤如下：

（1）初始粉末的混合与模具填充

首先将纯度均为99.9%以上的Ni、V两种粉末和Ni、W两种粉末，分别按上述成分配比进行称量配粉，然后采用球磨机分别进行球磨，球磨机转速均为150～300rpm，球磨总时间均为10～15h，待充分混合均匀后将混好的粉末逐层装入模具中；

（2）初始合金坯锭的制备

采用放电等离子体烧结技术，将步骤（1）中已填充了粉末的模具放入烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结压力为30～50Mpa，烧结温度为700～1000℃，时间为5～60min，得到压坯，随后再将压制好的压坯在ArH₂混合气体保护或真空条件1000～1400℃下进行均匀化处理，烧结时间为20～25h，得到烧结坯锭，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%；对烧结坯锭进行变形量为5～15%热轧，热轧温度为1000～1200℃，得到初始坯锭；

（3）初始坯锭的形变轧制

对初始坯锭直接进行冷轧，道次变形量为5～15%，总变形量不小于95%，得到厚度为60～120μm的冷轧基带；

（4）冷轧基带的再结晶热处理

步骤（3）得到的冷轧基带在ArH₂混合气体保护或真空条件下于550℃退火30min，然后再升温至1200～1400℃退火60～180min，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%，得到一种涂层导体用Ni基合金复合基带。

通过本发明的方法制得的Ni基合金复合基带具有以下几个特点：

1、由于本发明的合金基带，其钒的原子百分含量和钨的原子百分含量均保证高于9%，因此，此合金基带在高温涂层超导体应用的液氮温区为无磁性；

2、由于其外层材料的层错能随合金元素含量的增加变化不大，因此基带表面具有锐利的立方织构，芯层材料同时提高了基带的机械性能，实现了合金基带整体性能的提升；采用本发明方法制备的复合基带的屈服强度见表1，相比于Ni5W合金基带而言，该复合基带的屈服强度是Ni5W合金基带的1.4倍以上。

附图说明

图1为实施例1中制备的Ni基合金复合基带退火后的（001）及（111）面极图；

图2为实施例2中制备的Ni基合金复合基带退火后的（001）及（111）面极图；

图3为实施例3中制备的Ni基合金复合基带退火后的（001）及（111）面极图；

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

将纯度均为99.99%的Ni粉与V粉按原子百分含量比为Ni₈₈V₁₂的比例进行称量配粉，将纯度均为99.99%的Ni粉与W粉按原子百分含量比为Ni₈₈W₁₂的比例进行称量配粉，然后分别采用球磨机进行球磨，球磨机转速均为300rpm，球磨总时间均为10h，待充分混合均匀后，将混和好的粉末逐层装入模具中；然后将已填充了粉末的模具放入放电等离子烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，其中，烧结压力为50Mpa，烧结温度为850℃，时间为10min，得到压坯，随后将压制好的压坯在ArH₂混合气体保护条件1400℃下进行均匀化处理，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%，烧结时间为20h，得到烧结坯锭，然后进行变形量为5%的热轧，热轧温度为1000℃，得到初始坯锭；对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5%，总变形量98%，最终得厚度为80μm的冷轧基带；冷轧基带在ArH₂混合气体保护气氛下于550℃退火30min，然后再升温至1200℃退火180min，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%。该合金基带的（001）及（000）面极图如图1所示，由图1可知，该合金基带具有强立方织构。该复合基带在室温下的屈服强度为260MPa，是单层Ni-5at.%W合金基带的1.7倍。

实施例2

将纯度均为99.99%的Ni粉与V粉按原子百分含量比为Ni₈₉V₁₁的比例进行称量配粉，将纯度均为99.99%的Ni粉与W粉按原子百分含量比为Ni₈₉W₁₁的比例进行称量配粉，然后分别采用球磨机进行球磨，球磨机转速均为200rpm，球磨总时间均为12h，待充分混合均匀后，将混和好的粉末逐层装入模具中；然后将已填充了粉末的模具放入放电等离子烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，其中，烧结压力为30Mpa，烧结温度为1000℃，时间为5min，得到压坯，随后将压制好的压坯在ArH₂混合气体保护条件1200℃下进行均匀化处理，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%，烧结时间为24h，得到烧结坯锭，然后进行变形量为10%的热轧，热轧温度为1100℃，得到初始坯锭；对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为10%，总变形量99%，最终得厚度为60μm的冷轧基带；冷轧基带在ArH₂混合气体保护气氛下于550℃退火30min，然后再升温至1250℃退火150min，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%。该合金基带的（001）及（111）面极图如图2所示，由图2可知，该合金基带具有强立方织构。该复合基带在室温下的屈服强度为240MPa，是单层Ni-5at.%W合金基带的1.6倍。

实施例3

将纯度均为99.99%的Ni粉与V粉按原子百分含量比为Ni₉₁V₉的比例进行称量配粉，将纯度均为99.99%的Ni粉与W粉按原子百分含量比为Ni₉₁W₉的比例进行称量配粉，然后分别采用球磨机进行球磨，球磨机转速均为150rpm，球磨总时间均为15h，待充分混合均匀后，将混和好的粉末逐层装入模具中；然后将已填充了粉末的模具放入放电等离子烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，其中，烧结压力为45Mpa，烧结温度为700℃，时间为60min，得到压坯，随后将压制好的压坯在ArH₂混合气体保护条件1000℃下进行均匀化处理，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%，烧结时间为25h，得到烧结坯锭，然后进行变形量为15%的热轧，热轧温度为1200℃，得到初始坯锭；对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为15%，总变形量95%，最终得厚度为120μm的冷轧基带；冷轧基带在ArH₂混合气体保护气氛下于550℃退火30min，然后再升温至1400℃退火60min，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%。该合金基带的（001）及（111）面极图如图3所示，由图3可知，该合金基带具有强立方织构。该复合基带在室温下的屈服强度为310MPa，是单层Ni-5at.%W合金基带的1.4倍。

表1：复合基带屈服强度

Claims (2)

1.一种高温超导涂层导体用无磁性织构Ni基合金复合基带，其特征在于，组分及原子百分含量为：

合金复合基带分为三层，外层合金的组分及原子百分含量具体为Ni88～91at.%，V9～12at.%，芯层合金的组分及原子百分含量具体为Ni88～91at.%，W9～12at.%。

2.根据权利要求1的一种高温超导涂层导体用无磁性织构Ni基合金复合基带的制备方法，其特征在于，采用放电等离子烧结方法，其工艺步骤如下：

（1）初始粉末的混合与模具填充

首先将纯度均为99.9%以上的Ni、V两种粉末和Ni、W两种粉末，分别按上述成分配比进行称量配粉，然后采用球磨机分别进行球磨，球磨机转速均为150～300rpm，球磨总时间均为10～15h，，待充分混合均匀后将混好的粉末逐层装入模具中；

（2）初始合金坯锭的制备

采用放电等离子体烧结技术，将步骤（1）中已填充了粉末的模具放入烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结压力为30～50Mpa，烧结温度为700～1000℃，时间为5～60min，得到压坯，随后再将压制好的压坯在ArH₂混合气体保护或真空条件1000～1400℃下进行均匀化处理，烧结时间为20～25h，得到烧结坯锭，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%；对烧结坯锭进行变形量为5～15%热轧，热轧温度为1000～1200℃，得到初始坯锭；

（3）初始坯锭的形变轧制

对初始坯锭直接进行冷轧，道次变形量为5～15%，总变形量不小于95%，得到厚度为60～120μm的冷轧基带；

（4）冷轧基带的再结晶热处理

步骤（3）得到的冷轧基带在ArH₂混合气体保护或真空条件下于550℃退火30min，然后再升温至1200～1400℃退火60～180min，其中H₂体积占ArH₂混合气体总体积的4%，得到一种涂层导体用Ni基合金复合基带。

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