CN119361237B - 一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，涉及超导材料加工技术领域，包括以下步骤：将Ti丝和NbTi丝组合后进行扭绞，定尺截断后装入无氧铜管中，得到NbTi/Ti/Cu芯棒，装入无氧铜套管中，并进行封焊，得到NbTi/Ti/Cu多芯锭坯，进行热扩散处理，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎锭坯，进行热挤压，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎复合棒，拉拔至时效热处理尺寸，并进行时效热处理，得到人工钉扎NbTi多芯超导复合线。本申请通过对Ti丝和NbTi丝进行扭绞，结合热扩散、热挤压、拉拔和时效热处理，在提高临界电流密度的同时降低了制备难度。
Description
技术领域
本申请涉及超导材料加工技术领域，特别涉及一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法。
背景技术
NbTi超导线是目前应用最广泛的一种超导材料，它主要应用于核聚变实验装置、MRI核磁共振成像仪、粒子加速器装置等。但是NbTi超导线在低场下的临界电流密度存在极限，这是因为NbTi超导材料是以NbTi合金中的α-Ti作为超导材料的钉扎中心，钉扎中心数量越多，它的临界电流密度越高。但是由于NbTi合金中的α-Ti沉淀物的析出数量是有极限的，所以α-Ti的析出上限也就限制了常规NbTi超导线材临界电流密度的进一步提高。为了提高NbTi超导材料的临界电流密度，目前是在NbTi合金中加入其它材料作为人工钉扎中心，增加超导体内的钉扎中心数量，以达到提高NbTi超导体临界电流密度的作用。常用的人工钉扎制备NbTi超导体的方法有钻孔法、卷制法、粉末冶金法等。
现有技术中，中国专利CN116475263A公开了一种分布式人工钉扎NbTi超导线材的制备方法，通过对NbTi锭轴向和径向进行规律钻孔，钻孔尺寸和形状可根据性能要求设计，得到具有轴向径向多孔NbTi锭。随后将钉扎棒机械加工，得到与孔径尺寸匹配的钉扎棒，对其进行组装、焊接、挤压、多道次拉拔、定尺切断，得到具有高密度均匀钉扎中心的NbTi/Cu单芯棒。最后再将其进行二次组装、焊接、挤压、多道次拉拔、热处理，最终得到具有分布式人工钉扎中心的NbTi/Cu复合线。
然而，上述现有技术虽然通过对NbTi锭轴向和径向进行规律钻孔的方式提高了临界电流密度，但其工艺较为复杂且涉及的参数较为繁琐，制备难度较高。
发明内容
本申请提供了一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，用以解决现有的制备人工钉扎NbTi超导复合线的技术工艺较为复杂且涉及的参数较为繁琐，制备难度较高的问题。
一方面，本申请提供了一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，制备Ti丝和NbTi丝。
步骤二，将若干根所述Ti丝和若干根所述NbTi丝组合后进行扭绞，得到NbTi/Ti多芯线。
步骤三，将所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后装入无氧铜管中，得到NbTi/Ti/Cu芯棒。
步骤四，将若干根所述NbTi/Ti/Cu芯棒装入无氧铜套管中，并进行封焊，得到NbTi/Ti/Cu多芯锭坯。
步骤五，对所述NbTi/Ti/Cu多芯锭坯进行热扩散处理，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎锭坯。
步骤六，对所述NbTi/Ti/Cu人工钉扎锭坯进行热挤压，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎复合棒。
步骤七，将所述NbTi/Ti/Cu人工钉扎复合棒拉拔至时效热处理尺寸，并进行若干次时效热处理，得到人工钉扎NbTi多芯超导复合线。
在一种可能的实现方式中，步骤一包括：
分别对Ti棒和NbTi棒的表面套铜管，得到Ti/Cu棒和NbTi/Cu棒。
分别对所述Ti/Cu棒和所述NbTi/Cu棒进行拉拔，得到Ti/Cu丝和NbTi/Cu丝。
分别对所述Ti/Cu丝和所述NbTi/Cu丝进行酸腐蚀处理，得到所述Ti丝和所述NbTi丝。
在一种可能的实现方式中，步骤一中，所述Ti棒、所述NbTi棒的直径为10-20mm，所述铜管的内孔直径为10.1-20.2mm，壁厚为1-4mm，所述Ti/Cu丝、所述NbTi/Cu丝的直径为1-2mm，所述酸腐蚀采用质量分数为20%-40%的HON3溶液。
在一种可能的实现方式中，步骤二中，所述组合采用间隔分布组合，所述NbTi/Ti多芯线的直径为3-6mm。
在一种可能的实现方式中，步骤三中，所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后的长度为300-500mm，所述无氧铜管的内孔直径为3.2-6.2mm，壁厚为1-2mm，长度为300-500mm。
在一种可能的实现方式中，步骤四中，所述无氧铜套管的内孔直径为40-70mm，壁厚为5-10mm，所述封焊采用真空电子束封焊。
在一种可能的实现方式中，步骤五中，所述热扩散处理的温度为700-900℃，保温时长为20-50h。
在一种可能的实现方式中，步骤六中，所述热挤压的温度为500-900℃，保温时长为1-5h。
本申请中的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，具有以下优点：
通过制备Ti丝和NbTi丝，将若干根Ti丝和若干根NbTi丝组合后进行扭绞，结合热扩散、热挤压、拉拔和时效热处理，最终得到人工钉扎NbTi多芯超导复合线，在提高临界电流密度的同时降低了制备难度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请实施例提供了一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，制备Ti丝和NbTi丝。
步骤二，将若干根所述Ti丝和若干根所述NbTi丝组合后进行扭绞，得到NbTi/Ti多芯线。
步骤三，将所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后装入无氧铜管中，得到NbTi/Ti/Cu芯棒。
步骤四，将若干根所述NbTi/Ti/Cu芯棒装入无氧铜套管中，并进行封焊，得到NbTi/Ti/Cu多芯锭坯。
步骤五，对所述NbTi/Ti/Cu多芯锭坯进行热扩散处理，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎锭坯。
步骤六，对所述NbTi/Ti/Cu人工钉扎锭坯进行热挤压，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎复合棒。
步骤七，将所述NbTi/Ti/Cu人工钉扎复合棒拉拔至时效热处理尺寸，并进行若干次时效热处理，得到人工钉扎NbTi多芯超导复合线。
示例性地，步骤一包括：
分别对Ti棒和NbTi棒的表面套铜管，得到Ti/Cu棒和NbTi/Cu棒。
分别对所述Ti/Cu棒和所述NbTi/Cu棒进行拉拔，得到Ti/Cu丝和NbTi/Cu丝。
分别对所述Ti/Cu丝和所述NbTi/Cu丝进行酸腐蚀处理，得到所述Ti丝和所述NbTi丝。
实施例1：
示例性地，步骤一中，所述Ti棒、所述NbTi棒的直径为10mm，所述铜管的内孔直径为10.1mm，壁厚为1mm，所述Ti/Cu丝、所述NbTi/Cu丝的直径为1mm，所述酸腐蚀采用质量分数为20%的HON3溶液。
示例性地，步骤二中，所述组合采用间隔分布组合，所述NbTi/Ti多芯线的直径为3mm。
具体地，实施例1中采用4根NbTi丝配3根Ti丝的比例进行间隔分布组合，其中，1根NbTi丝位于中心，3根NbTi丝和3根Ti丝间隔分布在外侧。在其它可能的实施例中，还可以采用其它比例和形式对NbTi丝和Ti丝进行组合，只要满足间隔分布组合，也应落入本申请的保护范围内。
示例性地，步骤三中，所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后的长度为300mm，所述无氧铜管的内孔直径为3.2mm，壁厚为1mm，长度为300mm。
示例性地，步骤四中，所述无氧铜套管的内孔直径为40mm，壁厚为5mm，所述封焊采用真空电子束封焊。
示例性地，步骤五中，所述热扩散处理的温度为700℃，保温时长为20h。
示例性地，步骤六中，所述热挤压的温度为500℃，保温时长为1h。
具体地，实施例1中，步骤七最终得到的人工钉扎NbTi多芯超导复合线的临界电流密度为7650A/mm2(2T)。
实施例2：
示例性地，步骤一中，所述Ti棒、所述NbTi棒的直径为15mm，所述铜管的内孔直径为15.15mm，壁厚为2.5mm，所述Ti/Cu丝、所述NbTi/Cu丝的直径为1.5mm，所述酸腐蚀采用质量分数为30%的HON3溶液。
示例性地，步骤二中，所述组合采用间隔分布组合，所述NbTi/Ti多芯线的直径为4.5mm。
具体地，实施例2中采用4根NbTi丝配3根Ti丝的比例进行间隔分布组合，其中，1根NbTi丝位于中心，3根NbTi丝和3根Ti丝间隔分布在外侧。在其它可能的实施例中，还可以采用其它比例和形式对NbTi丝和Ti丝进行组合，只要满足间隔分布组合，也应落入本申请的保护范围内。
示例性地，步骤三中，所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后的长度为400mm，所述无氧铜管的内孔直径为4.7mm，壁厚为1.5mm，长度为400mm。
示例性地，步骤四中，所述无氧铜套管的内孔直径为55mm，壁厚为7.5mm，所述封焊采用真空电子束封焊。
示例性地，步骤五中，所述热扩散处理的温度为800℃，保温时长为35h。
示例性地，步骤六中，所述热挤压的温度为700℃，保温时长为3h。
具体地，实施例2中，步骤七最终得到的人工钉扎NbTi多芯超导复合线的临界电流密度为8320A/mm2(2T)。
实施例3：
示例性地，步骤一中，所述Ti棒、所述NbTi棒的直径为20mm，所述铜管的内孔直径为20.2mm，壁厚为4mm，所述Ti/Cu丝、所述NbTi/Cu丝的直径为2mm，所述酸腐蚀采用质量分数为40%的HON3溶液。
示例性地，步骤二中，所述组合采用间隔分布组合，所述NbTi/Ti多芯线的直径为6mm。
具体地，实施例3中采用4根NbTi丝配3根Ti丝的比例进行间隔分布组合，其中，1根NbTi丝位于中心，3根NbTi丝和3根Ti丝间隔分布在外侧。在其它可能的实施例中，还可以采用其它比例和形式对NbTi丝和Ti丝进行组合，只要满足间隔分布组合，也应落入本申请的保护范围内。
示例性地，步骤三中，所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后的长度为500mm，所述无氧铜管的内孔直径为6.2mm，壁厚为2mm，长度为500mm。
示例性地，步骤四中，所述无氧铜套管的内孔直径为70mm，壁厚为10mm，所述封焊采用真空电子束封焊。
示例性地，步骤五中，所述热扩散处理的温度为900℃，保温时长为50h。
示例性地，步骤六中，所述热挤压的温度为900℃，保温时长为5h。
具体地，实施例3中，步骤七最终得到的人工钉扎NbTi多芯超导复合线的临界电流密度为8500A/mm2(2T)。
本申请实施例通过制备Ti丝和NbTi丝，将若干根Ti丝和若干根NbTi丝组合后进行扭绞，结合热扩散、热挤压、拉拔和时效热处理，最终得到人工钉扎NbTi多芯超导复合线，在提高临界电流密度的同时降低了制备难度。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制备Ti丝和NbTi丝；
步骤二，将若干根所述Ti丝和若干根所述NbTi丝组合后进行扭绞，得到NbTi/Ti多芯线；
步骤三，将所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后装入无氧铜管中，得到NbTi/Ti/Cu芯棒；
步骤四，将若干根所述NbTi/Ti/Cu芯棒装入无氧铜套管中，并进行封焊，得到NbTi/Ti/Cu多芯锭坯；
步骤五，对所述NbTi/Ti/Cu多芯锭坯进行热扩散处理，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎锭坯；
步骤六，对所述NbTi/Ti/Cu人工钉扎锭坯进行热挤压，得到NbTi/Ti/Cu人工钉扎复合棒；
步骤七，将所述NbTi/Ti/Cu人工钉扎复合棒拉拔至时效热处理尺寸，并进行若干次时效热处理，得到人工钉扎NbTi多芯超导复合线。
2.根据权利要求1所述的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，步骤一包括：
分别对Ti棒和NbTi棒的表面套铜管，得到Ti/Cu棒和NbTi/Cu棒；
分别对所述Ti/Cu棒和所述NbTi/Cu棒进行拉拔，得到Ti/Cu丝和NbTi/Cu丝；
分别对所述Ti/Cu丝和所述NbTi/Cu丝进行酸腐蚀处理，得到所述Ti丝和所述NbTi丝。
3.根据权利要求2所述的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述Ti棒、所述NbTi棒的直径为10-20mm，所述铜管的内孔直径为10.1-20.2mm，壁厚为1-4mm，所述Ti/Cu丝、所述NbTi/Cu丝的直径为1-2mm，所述酸腐蚀采用质量分数为20%-40%的HON3溶液。
4.根据权利要求1所述的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述组合采用间隔分布组合，所述NbTi/Ti多芯线的直径为3-6mm。
5.根据权利要求1所述的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述NbTi/Ti多芯线定尺截断后的长度为300-500mm，所述无氧铜管的内孔直径为3.2-6.2mm，壁厚为1-2mm，长度为300-500mm。
6.根据权利要求1所述的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述无氧铜套管的内孔直径为40-70mm，壁厚为5-10mm，所述封焊采用真空电子束封焊。
7.根据权利要求1所述的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述热扩散处理的温度为700-900℃，保温时长为20-50h。
8.根据权利要求1所述的一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法，其特征在于，步骤六中，所述热挤压的温度为500-900℃，保温时长为1-5h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yan Lingxiao Inventor after: Guo Qiang Inventor after: Tang Bin Inventor after: Zhang Kailin Inventor after: Zhu Yanmin Inventor after: Liu Xianghong Inventor after: Feng Yong Inventor after: Li Jianfeng Inventor after: Zhang Pingxiang Inventor before: Yan Lingxue Inventor before: Guo Qiang Inventor before: Tang Bin Inventor before: Zhang Kailin Inventor before: Zhu Yanmin Inventor before: Liu Xianghong Inventor before: Feng Yong Inventor before: Li Jianfeng Inventor before: Zhang Pingxiang |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |