CN100475371C - 一种Cu/NbZr金属复合管的制备方法 - Google Patents

一种Cu/NbZr金属复合管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Cu/NbZr金属复合管的制备方法，其制备过程为：将NbZr合金管在体积比为1∶3的氢氟酸和硝酸混合溶液中清洗，将Cu管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干，将Cu管包覆在NbZr管外层，将组装好的Cu/NbZr复合体在拉床上用拉丝模具进行一次单道次常温拉拔加工，其道次加工率控制在30-40%范围内，在管材矫直机上对拉拔后的Cu/NbZr复合管材进行矫直并切去头尾，即获得Cu/NbZr金属复合管。本发明简单易行，制备周期短，所制备Cu/NbZr复合管中Cu和NbZr合金的界面达到了冶金结合。将所制备的Cu/NbZr复合管用于二硼化镁超导线材的原位粉末套管法制备中，可获得单根长度达到1000米以上的二硼化镁超导线材。

Description

一种Cu/NbZr金属复合管的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属复合管的制备方法，具体涉及一种原位粉末套管法制备二硼化镁(MgB2)超导线材用Cu/NbZr金属复合管的制备方法。
背景技术
超导转变温度为39K的MgB2是2001年日本科学家发现的新型高温超导材料。MgB2可以在制冷机工作温区(10K-20K)实现应用，无需复杂和昂贵的液氦条件。而低温超导体在这一温区无法工作。综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在20-30K，1-3T的磁场范围内应用具有很明显的技术优势。原位粉末套管法技术由于工艺流程相对简单，目前已成为制备MgB2线带材的主要制备技术之一。
原位粉末套管法技术采用Mg粉和B粉按Mg∶B＝1∶2的化学计量比装入金属管中，通过拉拔、轧制制备成一定尺寸的线材，再进行热处理，最终在线材中生成MgB2相。由于Mg在高温时的化学活性较大，与多种金属均可发生化学反应，因此需要用Fe、Ta、Nb等不易与Mg反应的金属管作为阻隔层。铁基管材强度大，可以有效提高MgB2芯丝致密度。同时可以很好地起到化学阻隔层的作用，是目前高性能MgB2线材制备最常用的阻隔层材料。但是铁基包套材料存在热导率低和具有铁磁性的问题，严重影响MgB2线带材的应用。文献M.D.Sumption et al.Supercond.Sci.Technol.18(2005)730和P.Kovac et al.Supercond.Sci.Technol.19(2006)600中分别报道了采用Nb管或Ta管作为阻隔层、外层覆Cu管作为热稳定层，以原位粉末套管法制备MgB2线材的工艺和结果。但是纯Nb和纯Ta由于强度低，不利于提高MgB2芯丝致密度。如何制备高强度、高热导率、无磁性的原位粉末套管法制备MgB2线材用复合金属管材，已成为制备实用化MgB2线材的关键技术。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种工艺简单，制备周期短，并使Cu和NbZr合金的界面达到冶金结合的Cu/NbZr金属复合管的制备方法。该方法制备的Cu/NbZr金属复合管材具有高强度、高热导率和无磁性的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Cu/NbZr金属复合管的制备方法，其特征在于该制备方法的过程为：首先将NbZr合金管在体积百分比为HF∶HNO3＝1∶3的氢氟酸和硝酸混合溶液中清洗，再将Cu管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干，然后将Cu管包覆在NbZr合金管外层，将组装好的Cu/NbZr复合体在拉床上用拉丝模具进行一次单道次常温拉拔加工，其道次加工率控制在30-40％范围内，在管材矫直机上对拉拔后的Cu/NbZr复合管材进行矫直并切去头尾，即获得Cu/NbZr金属复合管。
所述NbZr合金管为Nb-1Zr合金管或Nb-5Zr合金管。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明的优点在于采用加工性能优良、强度较高的NbZr合金管作为内包套层，采用导电性能良好的无氧铜管为外包套层；复合管制备过程中采用单道次大加工量的拉拔工艺，使界面层达到冶金结合状态。在实际应用中，NbZr合金内包套层可有效阻止MgB2体系组元与包套材料发生化学反应，无氧铜外包套层可起到有效的失超保护作用。同时Cu/NbZr复合管具有良好的加工塑性，有利于在后续加工过程中进行大变形量的加工，适合千米量级多芯MgB2超导线材的制备。
附图说明
图1为本发明制备的金属复合管的主视图。
图2为图1的A-A剖视图。
附图标记：图中1为NbZr合金管，2为无氧铜管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
首先将直径为Φ8.0×1.0mm的Nb-5Zr合金管在体积百分比为HF∶HNO3＝1∶3的氢氟酸和硝酸溶液中酸洗，Φ11.0×1.4mm的Cu管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干，将Cu管包覆在Nb-5Zr管外层。将组装好的Cu/Nb-5Zr复合体在拉床上用Φ9.2mm的拉丝模具进行一次单道次常温拉拔加工，其道次加工率为30.05％。对拉拔后的Cu/Nb-5Zr复合管材进行矫直并切去头尾，即可获得尺寸规格为Φ9.2×2.5mm的复合包套材料。以该复合管材为外包套材料，采用原位粉末套管法工艺可制备出千米量级的二硼化镁超导线材。
实施例2
首先将直径为Φ12.0×1.5mm的Nb-1Zr合金管在体积百分比为HF∶HNO3＝1∶3的氢氟酸和硝酸溶液中酸洗、Φ16.5×2.0mm的Cu管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干，将Cu管包覆在Nb-1Zr管外层。将组装好的Cu/Nb-1Zr复合体在拉床上用Φ13.5mm的拉丝模具进行一次单道次常温拉拔加工，其道次加工率为33.06％。对Cu/Nb-1Zr复合管材进行矫直并切去头尾，即可获得尺寸规格为Φ13.5×3.5mm的复合包套材料。以该复合管材为外包套材料，采用原位粉末套管法工艺可制备出千米量级的二硼化镁超导线材。
实施例3
首先将直径为Φ15.0×2.0mm的Nb-1Zr合金管在体积百分比为HF∶HNO3＝1∶3的氢氟酸和硝酸溶液中酸洗、Φ20.0×2.4mm的Cu管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干，将Cu管包覆在Nb-1Zr管外层。将组装好的Cu/Nb-1Zr复合体在拉床上用Φ16.0mm的拉丝模具进行一次单道次常温拉拔加工，其道次加工率为36％。对Cu/Nb-1Zr复合管材进行矫直并切去头尾，即可获得尺寸规格为Φ16.0×4.5mm的复合包套材料。以该复合管材为外包套材料，采用原位粉末套管法工艺可制备出千米量级的二硼化镁超导线材。

Claims (2)

1、一种Cu/NbZr金属复合管的制备方法，其特征在于该制备方法的过程为：首先将NbZr合金管在体积百分比为HF∶HNO3＝1∶3的氢氟酸和硝酸混合溶液中清洗，再将Cu管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干，然后将Cu管包覆在NbZr合金管外层，将组装好的Cu/NbZr复合体在拉床上用拉丝模具进行一次单道次常温拉拔加工，其道次加工率控制在30-40％范围内，在管材矫直机上对拉拔后的Cu/NbZr复合管材进行矫直并切去头尾，即获得Cu/NbZr金属复合管。
2、根据权利要求1所述的一种Cu/NbZr金属复合管的制备方法，其特征在于：所述NbZr合金管为Nb-1Zr合金管或Nb-5Zr合金管。
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