CN100523238C - 具有再结晶立方织构的镍基半制成品和它的制造方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有再结晶立方织构的镍基半制成品和它的制造方法与应用。该半制成品可用作具有高度微结构取向的物理-化学镀层用的衬底，这种衬底例如适于作为用于高温超导领域的陶瓷涂层的底基。在这种情况下，所述镍基半制成品可用于超导磁体、变压器、马达、X-射线层析照像或超导电流传导路径。本发明的目的是开发一种镍基的半制成品，它在用作具有高度微结构取向的物理-化学镀层用的衬底时有改进的使用性能。所述半制成品尤其具有较高程度的热更稳定的立方织构，同时基本上避免了晶界沟的形成。为了这个目的，向所述半制成品材料中以微合金范围添加银，其中所述添加的银不超过0.3原子%。本发明的半制成品例如可用作用于具有高微结构的物理-化学镀层的衬底。

Description

具有再结晶立方织构的镍基半制成品和它的制造方法与应用
本发明涉及一种具有再结晶立方织构的镍基半制成品和它的制造方法。
该半制成品例如可适于作为具有高微结构取向的物理化学镀层用的衬底，这种衬底例如可作为陶瓷镀层的底基，它们在高温超导领域获得应用，在该情况下的用途有超导磁体、变压器、马达、X-射线层析照像或超导电流传导路径。
已知具有立体面心晶格的多晶体金属如镍、铜和铝，在先经轧制强力冷加工变形之后，随即进行的再结晶可形成具有立方位的清晰织构(G.Wassermann：Texturen metallischer werkstoffe springer，Berlin1939)。用这种方法进行织构化的金属带材，特别是镍带材，也可用作金属镀层、陶瓷缓冲层和陶瓷超导层的衬底(US5,741,377)。这种金属带材是否适于作为基底材料取决于在成层工艺工作温度范围所达到的织构化程度和织构的稳定性。
制造Ni-Cr、Ni-Cr-V、Ni-Cu和相类似合金的高温超导体的织构化的半制成品已是熟知的(US5,964,966；US6,106,615)。
为这一应用目的的含Mo和W的Ni-合金也是已知的(DE100 05861 C1)。
已知的半成品有如下的缺点：
-镍在冷加工成形和再结晶退火之后，有强烈形成粗晶粒结构的趋势，这对实现高度的立方织构是有害的，
-冷加工成形的Ni带材在再结晶热处理时，特别是在高温(800至1150℃)有强烈形成晶界沟的趋势，
-晶界沟能严重阻碍高度双向性立方织构的形成，
-具有晶界沟的基底材料不太适合作为外延生长的沉积层，例如缓冲层和超导层。
本发明的任务是开发镍基的半制成品，它用作具有高度微结构取向的物理化学镀层的衬底，并能改善其应用性能，该半制成品特别显示其热稳定的高度立方织构，并能大大防止晶界沟的形成。在本项目中还包括开发这种半制成品的一种制造方法。
此项任务的解决在于，该半制成品的材料含有以微合金范围添加的银，其中所述添加的银不超过0.3原子％。
按本发明有目的的设计结构为可含有合金元素Mo和/或W的镍合金。
按本发明在该半制成品上可含有织构比例为>90％的立方织构化的NiO-层，该层膜可作为扩散屏障和能够尤其是在氧化条件下产生高质量的镀层。
在具有按本发明的添加的银时，能促进高度立方织构的形成，并在半制成品的镍表面上避免由于热而产生晶界沟，此外，添加的银还能在半制成品上使高度具备立方织构的NiO-层的成长。
制造按本发明半制成品的工艺方法，其特征在于，首先通过包括机械合金化的熔融冶金法或粉末冶金法制成半制成品，它是由工业纯镍或镍合金构成的，其中含有以微合金范围添加的银，其中所述添加的银不超过0.3原子％，然后将该半制成品借助于使厚度缩减>80％的热变形以及随后进行的强力冷变形加工成带材或扁丝，和最后将此半制成品进行再结晶退火，而产生立方织构。
在再结晶退火过程中或之后，可按本发明将制备的半制成品在氧化气氛中经热处理使达到立方织构化的NiO-层成长的目的。
该半制成品可按本发明用作具有高度微结构化取向的物理化学镀层，特别是用于制造扁丝形或带状的高温超导体的衬底。
借助下面的实施例对本发明作进一步阐明。这些举例显示出本发明作了成功的试验，一部分试验结果汇集在图1和图2以及在下列表1中。
实施例1
在纯度为99.9原子％Ni的工业纯镍中加入合金元素0.01原子％的银浇铸在一锭模中，将铸锭在1000℃轧成尺寸为(22×22)mm2的方形材，经均质化退火和淬火，然后对该方形材进行切削精加工，以便通过轧制得到能用于下述轧制冷加工成形的无缺陷的表面，冷轧过程以厚度缩减超过80％进行轧制，此处为99.6％。制成的镍带材的厚度为80μm和是高度轧制织构化的，对其在非氧化的气氛中于500℃进行30分钟的退火处理。
从图1的图像中可观察到，结果呈非常清晰的再结晶立方织构，具有立体方位的晶粒组成为98％和小角晶界的组成也是98％。X-射线绕射(III)-极强的半值宽度FWHM＝4.4°。
实施例2
在纯度为99.9原子％Ni的工业纯镍中加入合金元素0.01原子％银，使其在真空感应炉中熔融，并浇铸在一锭模中，将铸锭在1000℃时轧成尺寸为(22×22)mm2的方形材，经均质化退火和淬火，然后对该方形材进行切削精加工，以便通过轧制得到能用于下述轧制冷加工成形的无缺陷的表面，冷轧过程以厚度缩减超过80％进行轧制，此处为99.6％，制成的镍带材的厚度为80μm和是高度轧制织构化的，对其在还原气氛中于550℃进行30分钟的退火处理。
结果是近乎完全再结晶立方织构化的，而后将此带材移入纯氧气体中于1150℃经5分钟氧化处理。
生成的氧化镍层具有立方织构，其中97％的细粒呈立体方位，其织构与镍带材的织构相比旋转45°(参见图2)，(III)-极的FWHM值为6.2°。
实施例3
在纯度为99.9原子％Ni的工业纯镍中加入合金元素0.1％银，浇铸在一锭模中。将铸锭在1100℃轧制成尺寸为(22×22)mm2的方形材，经均质化退火和淬火后，对该方形材进行切削精加工，以便通过轧制得到能用于下述轧制冷加工成形的无缺陷的表面，冷轧过程以厚度缩减超过85％进行轧制，制成的镍带厚度为3mm，继而在850℃退火处理30分钟进行再结晶，此后将表面净化，并继续冷加工成80μm厚的带材，为得到立方织构最后在850℃的还原气氛中退火45分钟以上。
实施例4
在工业纯镍粉中加入4.0原子％的钨粉和0.1原子％银粉进行粉末冶金加工，经压制、回火热处理和热成形之后，得到(12×12)mm2的条材，表面进行切削精加工，以便获得能用于下述轧制冷加工的无缺陷的表面。用(10×10)mm2原始尺寸冷轧，制品的厚度尺寸为80μm，去掉和废弃带材的边缘部分，然后将获得的镍带先在550℃的还原气氛中退火处理30分钟实现再结晶，然后将此带材在1100℃的还原气氛中进行第二次退火处理8分钟以上，以便调整承受高热负荷的立体方位。
下列表1中列出本发明添加银的5和6号基底数据，以FWHM(III)一值与目前技术现状(基底1至4号)相比，呈现有利的影响。
表1
Figure C200480025951D00071

Claims (7)

1.由工业纯镍或镍合金构成的具有再结晶立方织构的镍基带状或扁丝形的半制成品，其特征在于，该材料含有以微合金范围添加的银，其中所述添加的银不超过0.01原子％至0.3原子％。
2.按权利要求1的半制成品，其特征在于，所述镍合金中含有作为合金元素的Mo和/或W。
3.按权利要求1或2的半制成品，其特征在于，在所述半制成品上存在立方织构化的NiO-层，其具有的织构比例>90％。
4.制造按权利要求1或2的半制成品的方法，其特征在于，首先通过包括机械合金化的熔融冶金法或粉末冶金法制成半制成品，它是由工业纯镍或镍合金构成的，其中含有以微合金范围添加的银，其中所述添加的银不超过0.3原子％，然后将此半制成品借助于使厚度缩减>80％的热变形以及随后进行的强力冷变形制成带材或扁丝，和最后使该半制成品经再结晶化的退火，以产生立方织构。
5.按权利要求4的工艺方法，其特征在于，为达到立方织构化的NiO-层成长的目的，将所述半制成品在再结晶的退火过程中或其后在氧化气氛中进行热处理。
6.按权利要求1至3之一的半制成品在作为具有高度微结构取向的物理-化学镀层用的衬底中的用途。
7.按权利要求6所述的半制成品的用途，其中所述用途是制造扁丝形或带状的高温超导体。
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