CN102489533A

CN102489533A - 一种MgB2线材的电塑性拉拔装置及拉拔方法

Info

Publication number: CN102489533A
Application number: CN2011103983222A
Authority: CN
Inventors: 熊晓梅; 闫果; 纪平; 王庆阳; 贾佳林; 焦高峰; 刘国庆; 李成山
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2011-12-04
Filing date: 2011-12-04
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-04
Also published as: CN102489533B

Abstract

本发明公开了一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置及拉拔方法，其装置包括拉拔机、直流脉冲电源、放线轮和收线轮；拉拔机上的拉丝模具进丝口和出丝口外分别设置有电源正极接线元件和电源负极接线元件，电源正极接线元件包括内部开有水平向进线通道的金属导电体一，电源负极接线元件包括内部开有水平向出线通道的金属导电体二；金属导电体一和金属导电体二分别与直流脉冲电源的正负端相接；其方法包括步骤：一、脉冲电源连接；二、电塑性拉拔：放线轮和收线轮配合作用下，带动被处理线材自电源正极接线元件、拉丝模具和电源负极接线元件内连续水平拉过。本发明设计合理、操作简便、实现方便且拉拔效果好、加工效率高，拉拔成型MgB₂线材质量高。

Description

一种MgB2线材的电塑性拉拔装置及拉拔方法

技术领域

本发明属于MgB₂线材制备技术领域，尤其是涉及一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置及拉拔方法。

背景技术

新型超导材料MgB₂具有较高的转变温度(Tc＝39K)与较大的相干长度(5～6nm)，易于引入磁通钉扎等优点，同时MgB₂超导体可工作在GM制冷机温区，所以MgB₂超导体在超导电力、电子器件、国防等方面具有广阔的潜在应用领域。高J_c、高稳定的长线带材是MgB₂超导体应用的基础，因此MgB₂超导线带材制备技术研究具有重要意义。MgB₂自2001年发现至今，人们对它的晶体结构、超导机制、制备方法、应用前景等都做了大量详细的研究。简单金属化合物MgB₂的转变温度与相干长度相比铜氧化物超导体要大，因此可以通过掺杂引入有效的磁通钉扎中心来改善超导电性，使其具有较高的上临界场。研究显示，MgB₂的晶界不存在弱连接，能够承载很大的电流，无需昂贵的液氦，可以在制冷机工作温区(20K～30K)实现中低场的实际应用。目前的研究显示，医学仪器领域利用MgB₂线带材来制备MRI磁体进行人体组织成像，被认为是最有可能替代低温超导磁体，首先实现低成本大规模工业应用的超导材料，因此提高MgB₂超导线带材的均匀性、表面质量、降低断芯率并快速制备线带材是目前亟待解决的关键问题，尤其对MRI磁体的整体性能提高意义重大。

MgB₂线材通常采用PIT技术(即粉末套管法)制备，其制备过程是：先将粉末装入Fe管或铌管，再放入铜管中进行轧制，之后拉拔到一定尺寸。加工过程中，MgB₂/Fe(Nb)/Cu复合包套线材需要进行多次中间退火以消除Cu/Fe等包套的加工硬化，线材最终加工到所需的尺寸后(如Φ1.0mm)，可根据需要轧制成带材，最后需对线带材进行成相热处理，即可制备出具有一定临界电流密度的超导线带材，使其在低温下具有超导磁电性能。但在线材加工过程中，由于Mg、B混合粉末流动性很差，Cu/Fe包套的加工硬化非常明显，MgB₂/Fe(Nb)/Cu线径达到一定尺寸容易出现香肠鼓包缺陷，这不仅严重影响线材的表面质量，而且还会增加MgB₂/Fe(Nb)/Cu线材与模具之间的摩擦，使拔制力大幅度增加而引起线材断裂，导致线材加工到一定尺寸不能继续进行。此外，芯丝中的原始粉末还很容易在去应力退火温度区间发生相变反应，甚至其中的单质镁还会与包套发生反应，使包套材料内壁与粉末间易形成影响稳定性的高电阻层，相应使得电流损耗增加，最终使得MgB₂/Fe(Nb)/Cu线带材的传输性能变差。

电塑性技术是近年来发展的、快速有效降低拉拔应力，增加材料塑性的一种新方法，它是通过将高强脉冲电流引入金属形变的过程中，使纠结的位错在运动电子的推动下迅速发生滑移，而宏观上产生塑性增强的现象，避免了材料的再次退火所带来的一系列副作用，改善了材料的可加工性，大大降低能耗和材料损耗，从而获得高质量的产品。目前，利用电塑性技术拉拔金属丝使塑性增强多见于钢丝、焊丝、铜丝、镁合金丝，而在MgB₂超导材料的线带材制备中采用此项技术还鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、使用操作简便且生产效率高、使用效果好的MgB₂线材的电塑性拉拔装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，包括拉拔机，其特征在于：还包括直流脉冲电源、放线轮、收线轮和驱动收线轮连续转动的驱动电机；所述拉拔机上所装拉丝模具的进丝口和出丝口外侧分别设置有电源正极接线元件和电源负极接线元件，所述电源正极接线元件包括内部开有水平向进线通道的金属导电体一，所述电源负极接线元件包括内部开有水平向出线通道的金属导电体二，所述水平向进线通道、所述水平向出线通道以及所述拉丝模具的进丝口和出丝口均布设在同一直线上，所述水平向进线通道的竖向高度与被处理MgB₂线材经所述拉丝模具拉拔前的线材直径一致，且所述水平向出线通道的竖向高度与被处理MgB₂线材经所述拉丝模具拉拔后的线材直径一致；所述金属导电体一和所述金属导电体二分别与直流脉冲电源的正负电源端相接；所述放线轮和收线轮分别布设在所述拉丝模具的进丝口和出丝口外侧且二者位置相对，放线轮位于所述电源正极接线元件前侧，收线轮位于所述电源负极接线元件后侧，且被处理MgB₂线材在放线轮和收线轮的配合作用下先后自所述电源正极接线元件、所述拉丝模具和所述电源负极接线元件内部连续水平拉过。

上述一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征是：所述金属导电体一和所述金属导电体的结构相同且二者均由上下两排金属滚轮组成，上下两排金属滚轮分别为下排滚轮和布设于所述下排滚轮上方的上排滚轮，所述下排滚轮由布设于同一水平线上且结构与尺寸均相同的多个圆形滚轮一组成，所述上排滚轮由布设于同一水平线上且结构与尺寸均相同的多个圆形滚轮二组成，所述下排滚轮与所述上排滚轮布设于同一竖直平面上，多个所述圆形滚轮一和多个所述圆形滚轮二均呈均匀布设，且相邻两个圆形滚轮一之间的间距与相邻两个圆形滚轮二之间的间距相同；所述圆形滚轮一同轴安装在轮轴一上且其可绕所述轮轴一进行转动，圆形滚轮二同轴安装在轮轴二上且其可绕所述轮轴二进行转动；多个所述圆形滚轮一的轮轴一均通过金属连接杆一连接为一体，且多个所述圆形滚轮二的轮轴二均通过金属连接杆二连接为一体；所述下排滚轮中所包括圆形滚轮一的数量与所述上排滚轮中所包括圆形滚轮二的数量相同，且多个所述圆形滚轮一和多个所述圆形滚轮二均呈交错布设；所述水平向进线通道为所述金属导电体一中的所述下排滚轮与上排滚轮之间的波浪形通道，且所述水平向出线通道为所述金属导电体二中的所述下排滚轮与上排滚轮之间的波浪形通道；所述下排滚轮和上排滚轮之间通过金属连接件进行连接。

上述一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征是：所述圆形滚轮一和圆形滚轮二均为铜轮，所述轮轴一和轮轴二均为铜轴，所述金属连接杆一和金属连接杆二均为铜杆，所述金属连接件由铜连接件。

上述一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征是：所述下排滚轮和所述上排滚轮的左右两侧之间均通过多根受拉弹簧进行弹性连接，受拉弹簧的上端固定在所述轮轴二的外端部，且受拉弹簧的下端固定在所述轮轴一的外端部；在多根所述受拉弹簧的弹力作用下，所述上排滚轮中多个所述圆形滚轮二的滚轮底部均与被处理MgB₂线材直接接触，且所述下排滚轮中多个所述圆形滚轮一的滚轮顶部均与被处理MgB₂线材直接接触。

上述一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征是：所述下排滚轮中所述圆形滚轮一的数量为5个，且所述上排滚轮中圆形滚轮二的数量为5个。

上述一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征是：所述下排滚轮和所述上排滚轮的左右两侧之间所连接受拉弹簧的数量均为3根；5个所述圆形滚轮一由前至后分别为圆形滚轮一A、圆形滚轮一B、圆形滚轮一C、圆形滚轮一D和圆形滚轮一E，5个所述圆形滚轮二由前至后分别为圆形滚轮二A、圆形滚轮二B、圆形滚轮二C、圆形滚轮二D和圆形滚轮二E；所述下排滚轮和所述上排滚轮的左侧之间所连接的3根受拉弹簧分别为左侧弹簧一、左侧弹簧二和左侧弹簧三，所述下排滚轮和所述上排滚轮的右侧之间所连接的3根受拉弹簧分别为右侧弹簧一、右侧弹簧二和右侧弹簧三；所述左侧弹簧一的上端固定在圆形滚轮二A所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一A所安装轮轴一的左端部，所述左侧弹簧二的上端固定在圆形滚轮二C所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一C所安装轮轴一的左端部，所述左侧弹簧三的上端固定在圆形滚轮二E所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一E所安装轮轴一的左端部；所述右侧弹簧一的上端固定在圆形滚轮二A所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一A所安装轮轴一的右端部，所述右侧弹簧二的上端固定在圆形滚轮二C所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一C所安装轮轴一的右端部，所述右侧弹簧三的上端固定在圆形滚轮二E所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一E所安装轮轴一的右端部。

上述一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征是：还包括拉拔过程中对被处理MgB₂线材上所受的拉拔力进行实时检测的拉拔力检测单元和与所述拉拔力检测单元相接的数据处理器。

上述一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征是：所述拉拔力检测单元包括安装在所述拉拔模具的定位支架上的测力盘和安装在测力盘上的应变片。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便且所制备MgB₂线材质量高的MgB₂线材的电塑性拉拔方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、脉冲电源连接：将所述金属导电体一和所述金属导电体二分别与直流脉冲电源的正负电源端相接；

步骤二、电塑性拉拔：对被处理MgB₂线材进行多道次电塑性拉拔，直至将被处理MgB₂线材拉拔至设计尺寸，且每一道次的拉拔方法均相同；对于每一道次的拉拔过程来说，先启动所述驱动电机带动收线轮转动，且在放线轮和收线轮的配合作用下，带动被处理MgB₂线材以运行速度V分别自所述电源正极接线元件、所述拉丝模具和所述电源负极接线元件内部连续水平拉过，便完成一道次拉拔过程；运行速度V＝2.0m/min～4.0m/min；实际拉拔过程中，所述直流脉冲电源的占空比为5％～10％且其输出电压为12V±2V，直流脉冲电源的电流密度为500A/mm²～3000A/mm²且其脉冲频率为5kHz～50kHz。

上述MgB₂线材的电塑性拉拔方法，其特征是：步骤二中所述被处理MgB₂线材为按照常规原位粉末套管法，且经装管和旋锻处理后获得的MgB₂线材。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的电塑性拉拔装置结构简单、加工制作及安装布设方便且使用简便、投入成本低。

2、设计合理且操作简便，将滑触式加电装置通过脉冲电源正负极引线连接到拉丝床上的拉丝模具两端，并加载脉冲电流到PIT技术制备的MgB₂复合体内，MgB₂复合体通过拉丝床以一定的拉拔速度通过加电装置。

3、可提高MgB₂线材制备的效率，缩短制备周期；并且可使线材表面质量提高，内部MgB₂粉末分布均匀，避免了线材拉拔过程中粉末流动性差所造成的香肠现象。拉拔完成后，MgB_2复合体线材的塑性变形能力能有明显提高，从而改变了MgB₂复合体线材的总加工率，使MgB₂线材的加工能力大大提高。因而，本发明通过选择合适的高能量脉冲电流参数实现了MgB₂线材的电塑性拉拔，使线材免于多次退火造成的表面质量降低、断线等现象，通过电塑性加工制备PIT线材，PIT线材的加工周期大大缩短，最终可获得线材整体力学性能的提高。

在MgB₂线材的PIT制备过程中，通过本发明设计的脉冲电源控制，可降低拉拔应力，完全避免了多次退火对加工性能的影响，提高了线材的塑性。其拉拔过程是：每道次加电拉拔时，复合体先通过多点接触的滚触式电极正极一端，然后再通过拉丝模具进入多点滚触式负极一端完成电塑性拉拔。拉拔过程中所通过的多点滚触式电极是为了增加复合体线材与导线的接触面积；同时为避免拉拔过程中接触不良导致的打火烧线现象，上下滚触式电极良好的接触是通过左右多对弹簧来控制滚轮和线材之间的接触距离。并且本发明可避免多次退火对线材的晶体结构、微观组织的影响，能够改善MgB₂线材的均匀性，为获得高Jc多芯MgB₂长线提供了一种新的技术路线。

4、利用本发明可对MgB₂复合体线材进行任意尺寸下的电塑性拉拔；实际拉拔时，通过加载不同比例的占空比5～10％、在12V的输出电压下，选择电流密度500～3000A/mm²并给以不同的脉冲频率(5～50kHz)，使PIT复合体线材通过拉丝床的拉拔达到理想的塑性变形，有效消除变形过程中产生的内应力，获得不同尺寸的线材。

综上所述，本发明设计合理、操作简便、实现方便且拉拔效果好、加工效率高，所拉拔成型的MgB₂线材质量高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所采用电塑性拉拔装置的使用状态参考图。

图2为本发明所采用电源正极接线元件的结构示意图。

附图标记说明：

1-放线轮； 2-收线轮； 3-直流脉冲电源；

4-定位支架； 5-电源正极接线元件； 5-1-圆形滚轮一；

5-2-圆形滚轮二； 5-3-金属连接杆一； 5-4-金属连接杆二；

5-5-受拉弹簧； 6-测力盘； 7-应变片；

8-被处理MgB₂线材； 9-电源负极接线元件。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，包括拉拔机，还包括直流脉冲电源3、放线轮1、收线轮2和驱动收线轮2连续转动的驱动电机。所述拉拔机上所装拉丝模具的进丝口和出丝口外侧分别设置有电源正极接线元件5和电源负极接线元件9，所述电源正极接线元件5包括内部开有水平向进线通道的金属导电体一，所述电源负极接线元件9包括内部开有水平向出线通道的金属导电体二，所述水平向进线通道、所述水平向出线通道以及所述拉丝模具的进丝口和出丝口均布设在同一直线上，所述水平向进线通道的竖向高度与被处理MgB₂线材8经所述拉丝模具拉拔前的线材直径一致，且所述水平向出线通道的竖向高度与被处理MgB₂线材8经所述拉丝模具拉拔后的线材直径一致。所述金属导电体一和所述金属导电体二分别与直流脉冲电源 3的正负电源端相接。所述放线轮1和收线轮2分别布设在所述拉丝模具的进丝口和出丝口外侧且二者位置相对，放线轮1位于所述电源正极接线元件5前侧，收线轮2位于所述电源负极接线元件9后侧，且被处理MgB₂线材8在放线轮1和收线轮2的配合作用下先后自所述电源正极接线元件5、所述拉丝模具和所述电源负极接线元件9内部连续水平拉过。

实际进行拉拔时，可根据实际具体需要，对直流脉冲电源3的相关参数进行相应调整。本实施例中，所述直流脉冲电源3的占空比为8％～10％，且其输出电压为12V，直流脉冲电源3的电流密度为2000A/mm²～3000A/mm²，且其脉冲频率为30kHz～50kHz。

结合图2，本实施例中，所述金属导电体一和所述金属导电体的结构相同且二者均由上下两排金属滚轮组成，上下两排金属滚轮分别为下排滚轮和布设于所述下排滚轮上方的上排滚轮，所述下排滚轮由布设于同一水平线上且结构与尺寸均相同的多个圆形滚轮一5-1组成，所述上排滚轮由布设于同一水平线上且结构与尺寸均相同的多个圆形滚轮二5-2组成，所述下排滚轮与所述上排滚轮布设于同一竖直平面上，多个所述圆形滚轮一5-1和多个所述圆形滚轮二5-2均呈均匀布设，且相邻两个圆形滚轮一5-1之间的间距与相邻两个圆形滚轮二5-2之间的间距相同；所述圆形滚轮一5-1同轴安装在轮轴一上且其可绕所述轮轴一进行转动，圆形滚轮二5-2同轴安装在轮轴二上且其可绕所述轮轴二进行转动；多个所述圆形滚轮一5-1的轮轴一均通过金属连接杆一5-3连接为一体，且多个所述圆形滚轮二5-2的轮轴二均通过金属连接杆二5-4连接为一体；所述下排滚轮中所包括圆形滚轮一5-1的数量与所述上排滚轮中所包括圆形滚轮二5-2的数量相同，且多个所述圆形滚轮一5-1和多个所述圆形滚轮二5-2均呈交错布设；所述水平向进线通道为所述金属导电体一中的所述下排滚轮与上排滚轮之间的波浪形通道，且所述水平向出线通道为所述金属导电体二中的所述下排滚轮与上排滚轮之间的波浪形通道；所述下排滚轮和上排滚轮之间通过金属连接件进行连接。

实际加工制作时，可根据实际具体需要，对所述圆形滚轮一5-1和圆形滚轮二5-2的数量和尺寸进行相应调整。

本实施例中，所述圆形滚轮一5-1和圆形滚轮二5-2均为铜轮，所述轮轴一和轮轴二均为铜轴，所述金属连接杆一5-3和金属连接杆二5-4均为铜杆，所述金属连接件由铜连接件。实际加工制作时，也可以采用其它导电性强的金属材质。

同时，所述下排滚轮和所述上排滚轮的左右两侧之间均通过多根受拉弹簧5-5进行弹性连接，受拉弹簧5-5的上端固定在所述轮轴二的外端部，且受拉弹簧5-5的下端固定在所述轮轴一的外端部；在多根所述受拉弹簧5-5的弹力作用下，所述上排滚轮中多个所述圆形滚轮二5-2的滚轮底部均与被处理MgB₂线材8直接接触，且所述下排滚轮中多个所述圆形滚轮一5-1的滚轮顶部均与被处理MgB₂线材8直接接触。

本实施例中，所述下排滚轮中所述圆形滚轮一5-1的数量为5个，且所述上排滚轮中圆形滚轮二5-2的数量为5个。

本实施例中，实际安装时，所述下排滚轮和所述上排滚轮的左右两侧之间所连接受拉弹簧5-5的数量均为3根；5个所述圆形滚轮一5-1由前至后分别为圆形滚轮一A、圆形滚轮一B、圆形滚轮一C、圆形滚轮一D和圆形滚轮一E，5个所述圆形滚轮二5-2由前至后分别为圆形滚轮二A、圆形滚轮二B、圆形滚轮二C、圆形滚轮二D和圆形滚轮二E；所述下排滚轮和所述上排滚轮的左侧之间所连接的3根受拉弹簧5-5分别为左侧弹簧一、左侧弹簧二和左侧弹簧三，所述下排滚轮和所述上排滚轮的右侧之间所连接的3根受拉弹簧5-5分别为右侧弹簧一、右侧弹簧二和右侧弹簧三；所述左侧弹簧一的上端固定在圆形滚轮二A所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一A所安装轮轴一的左端部，所述左侧弹簧二的上端固定在圆形滚轮二C所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一C所安装轮轴一的左端部，所述左侧弹簧三的上端固定在圆形滚轮二E所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一E所安装轮轴一的左端部；所述右侧弹簧一的上端固定在圆形滚轮二A所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一A所安装轮轴一的右端部，所述右侧弹簧二的上端固定在圆形滚轮二C所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一C所安装轮轴一的右端部，所述右侧弹簧三的上端固定在圆形滚轮二E所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一E所安装轮轴一的右端部。

综上，本实施例中，所述下排滚轮和所述上排滚轮采用滚触轮形式，且以所述下排滚轮和所述上排滚轮作为与直流脉冲电源3相接的正负电极。实际进行拉拔时，通过下排滚轮和上排滚轮的左右两侧之间所设置的受拉弹簧5-5，使得下排滚轮和上排滚轮均与被处理MgB₂线材8接触，实际使用过程中，通过选取不同规格的受拉弹簧5-5，以达到不同尺寸的被处理MgB₂线材8和滚触轮(即下排滚轮和上排滚轮)的完全接触。因而，本发明所采用的上排滚轮和下排滚轮均为滑触式加电装置。

本实施例中，本发明还包括拉拔过程中对被处理MgB₂线材8上所受的拉拔力进行实时检测的拉拔力检测单元和与所述拉拔力检测单元相接的数据处理器。

实际使用过程中，通过所述数据处理器对所述拉拔力检测单元所检测信息进行同步分析处理及显示。

本实施例中，所述拉拔力检测单元包括安装在所述拉拔模具的定位支架4上的测力盘6和安装在测力盘6上的应变片7。实际使用时，也可以采用其它类型的拉拔力检测单元。

本发明所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔方法，包括以下步骤：

步骤一、脉冲电源连接：将所述金属导电体一和所述金属导电体二分别与直流脉冲电源3的正负电源端相接。

步骤二、电塑性拉拔：对被处理MgB₂线材8进行多道次电塑性拉拔，直至将被处理MgB₂线材8拉拔至设计尺寸，且每一道次的拉拔方法均相同；对于每一道次的拉拔过程来说，先启动所述驱动电机带动收线轮2转动，且在放线轮1和收线轮2的配合作用下，带动被处理MgB₂线材8以运行速度V分别自所述电源正极接线元件5、所述拉丝模具和所述电源负极接线元件9内部连续水平拉过，便完成一道次拉拔过程；运行速度V＝2.0m/min～4.0m/min。

实际拉拔过程中，所述直流脉冲电源3的占空比为5％～10％且其输出电压为12V±2V，直流脉冲电源3的电流密度为500A/mm²～3000A/mm²且其脉冲频率为5kHz～50kHz。可根据实际具体需要，对直流脉冲电源3的上述电参数相应进行调整。

本实施例中，实际使用过程中，先在拉丝模具上布设由所述拉拔力检测单元和数据处理器组成的测力系统。

实际进行拉拔时，步骤二中所述被处理MgB₂线材8为按照常规原位粉末套管法，且经装管和旋锻处理后获得的MgB₂线材。

原位粉末套管法(in-situ PIT)是制备MgB₂线材的主要技术之一，其制备过程是首先按照MgB₂的原子数比配料混合均匀后装入金属管中，然后采用旋锻拉拔或轧制工艺制备成一定尺寸的线材，最后经过热处理生成MgB₂相。In-situ PIT技术的优点是在热处理过程中Mg熔化后与B反应成相从而弥合加工过程中所形成的微裂纹，因此最终线材中的MgB₂超导相晶粒连接较好。

本实施例中，按照常规原位粉末套管法且经装管和旋锻处理制备被处理MgB₂线材8时，先进行装管：首先，将干燥的镁粉和高纯晶态硼粉按照设计比例充分混合均匀，便获得混合料；然后按照预先设计配比在混合料中加入掺杂料并经充分混合研磨均匀后获得组合料；随后，将所述组合料装入Nb/Cu复合金属管(或Fe/Cu复合金属管，实际使用过程中，也可采用其它材质的金属管)中，便制得装管复合体；所述Nb/Cu复合金属管由Nb材料制成的内管和同轴套装在所述内管外侧且由Cu材料制成的外管组成(所述Fe/Cu复合金属管由Fe材料制成的内管和同轴套装在所述内管外侧且由Cu材料制成的外管组成)；装管结束后，再采用旋锻机对装管复合体进行旋锻处理，则获得相应尺寸的被处理MgB₂线材8。

本实施例中，被处理MgB₂线材8为Φ11.2mm的(Mg+B)/Nb/Cu复合体或(Mg+B)/Fe/Cu复合体，采用本发明进行电塑性拉拔后线径为Φ8.6mm。实际进行拉拔时，所述直流脉冲电源3的占空比为8％～10％且其输出电压为12V，直流脉冲电源3的电流密度为2000A/mm²～3000A/mm²且其脉冲频率为30kHz～50kHz；运行速度V＝4.0m/min，且经4道次电塑性拉拔后便可完成拉拔过程。

相比采用常规的无电拉拔方法时，需经6道次拉拔才能完成拉拔过程。

同时，采用本发明进行电塑性拉拔过程中，通过放线轮1和收线轮2相配合控制整个拉拔过程中的张力，使被处理MgB₂线材8能够与上排滚轮和下排滚轮均良好接触，并且测力系统可实时测试得出每道次拉拔过程的拉拔力变化。本实施例中，采用电塑性拉拔方法比常规的无电拉拔方法拉拔过程相比，拉拔力下降了30～35％，且拉拔成型MgB₂线材的表面质量优于无电拉拔。

实施例2

本实施例中，所采用MgB₂线材的电塑性拉拔装置的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

本实施例中，所采用MgB₂线材的电塑性拉拔方法与实施例1不同的是：需将被处理MgB₂线材8由Φ8.28mm拉拔至Φ5.1mm；实际拉拔时，所述直流脉冲电源3的占空比为6％～8％且其输出电压为12V，直流脉冲电源3的电流密度为1000A/mm²～2000A/mm²且其脉冲频率为20kHz～40kHz；运行速度V＝3.5m/min，且经4道次电塑性拉拔后便可完成拉拔过程。

本实施例中，其余方法步骤和拉拔过程均与实施例1相同。

相比采用常规的无电拉拔方法时，需经9道次拉拔才能完成拉拔过程。

同时，采用本发明进行电塑性拉拔过程中，通过放线轮1和收线轮2相配合控制整个拉拔过程中的张力，使被处理MgB₂线材8能够与上排滚轮和下排滚轮均良好接触，并且测力系统可实时测试得出每道次拉拔过程的拉拔力变化。本实施例中，采用电塑性拉拔方法比常规的无电拉拔方法拉拔过程相比，拉拔力下降了50～60％，且拉拔成型MgB₂线材的表面质量优于无电拉拔。

实施例3

本实施例中，所采用MgB₂线材的电塑性拉拔方法与实施例1不同的是：需将被处理MgB₂线材8由Φ5.1mm拉拔至Φ2.65mm；实际拉拔时，所述直流脉冲电源3的占空比为6％～7％且其输出电压为12V，直流脉冲电源3的电流密度为1000A/mm²～1500A/mm²且其脉冲频率为10kHz～20kHz；运行速度V＝3m/min，且经12道次电塑性拉拔后便可完成拉拔过程。

本实施例中，其余方法步骤和拉拔过程均与实施例1相同。

相比采用常规的无电拉拔方法时，需经16道次拉拔才能完成拉拔过程。

同时，采用本发明进行电塑性拉拔过程中，通过放线轮1和收线轮2相配合控制整个拉拔过程中的张力，使被处理MgB₂线材8能够与上排滚轮和下排滚轮均良好接触，并且测力系统可实时测试得出每道次拉拔过程的拉拔力变化。本实施例中，采用电塑性拉拔方法比常规的无电拉拔方法拉拔过程相比，拉拔力下降了20～30％，且拉拔成型MgB₂线材的表面质量优于无电拉拔。

实施例4

本实施例中，所采用MgB₂线材的电塑性拉拔方法与实施例1不同的是：需将被处理MgB₂线材8由Φ2.65mm拉拔至Φ1.76mm；实际拉拔时，所述直流脉冲电源3的占空比为5％～7％且其输出电压为12V，直流脉冲电源3的电流密度为500A/mm²～1000A/mm²且其脉冲频率为20kHz～40kHz；运行速度V＝2m/min，且经7道次电塑性拉拔后便可完成拉拔过程。

本实施例中，其余方法步骤和拉拔过程均与实施例1相同。

相比采用常规的无电拉拔方法时，需经10道次拉拔才能完成拉拔过程。

同时，采用本发明进行电塑性拉拔过程中，通过放线轮1和收线轮2相配合控制整个拉拔过程中的张力，使被处理MgB₂线材8能够与上排滚轮和下排滚轮均良好接触，并且测力系统可实时测试得出每道次拉拔过程的拉拔力变化。本实施例中，采用电塑性拉拔方法比常规的无电拉拔方法拉拔过程相比，拉拔力下降了30～40％，且拉拔成型MgB₂线材的表面质量优于无电拉拔。

实施例5

本实施例中，所采用MgB₂线材的电塑性拉拔方法与实施例1不同的是：实际拉拔时，所述直流脉冲电源3的占空比为5％～7％且其输出电压为11V，脉冲频率为5kHz～15kHz；运行速度V＝2.5m/min。

本实施例中，其余方法步骤和拉拔过程均与实施例1相同。

实施例6

本实施例中，所采用MgB₂线材的电塑性拉拔方法与实施例1不同的是：实际拉拔时，所述直流脉冲电源3的占空比为6％～7％且其输出电压为13V，脉冲频率为5kHz～15kHz；运行速度V＝2.5m/min。

本实施例中，其余方法步骤和拉拔过程均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，包括拉拔机，其特征在于：还包括直流脉冲电源(3)、放线轮(1)、收线轮(2)和驱动收线轮(2)连续转动的驱动电机；所述拉拔机上所装拉丝模具的进丝口和出丝口外侧分别设置有电源正极接线元件(5)和电源负极接线元件(9)，所述电源正极接线元件(5)包括内部开有水平向进线通道的金属导电体一，所述电源负极接线元件(9)包括内部开有水平向出线通道的金属导电体二，所述水平向进线通道、所述水平向出线通道以及所述拉丝模具的进丝口和出丝口均布设在同一直线上，所述水平向进线通道的竖向高度与被处理MgB₂线材(8)经所述拉丝模具拉拔前的线材直径一致，且所述水平向出线通道的竖向高度与被处理MgB₂线材(8)经所述拉丝模具拉拔后的线材直径一致；所述金属导电体一和所述金属导电体二分别与直流脉冲电源(3)的正负电源端相接；所述放线轮(1)和收线轮(2)分别布设在所述拉丝模具的进丝口和出丝口外侧且二者位置相对，放线轮(1)位于所述电源正极接线元件(5)前侧，收线轮(2)位于所述电源负极接线元件(9)后侧，且被处理MgB₂线材(8)在放线轮(1)和收线轮(2)的配合作用下先后自所述电源正极接线元件(5)、所述拉丝模具和所述电源负极接线元件(9)内部连续水平拉过。

2.按照权利要求1所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征在于：所述金属导电体一和所述金属导电体的结构相同且二者均由上下两排金属滚轮组成，上下两排金属滚轮分别为下排滚轮和布设于所述下排滚轮上方的上排滚轮，所述下排滚轮由布设于同一水平线上且结构与尺寸均相同的多个圆形滚轮一(5-1)组成，所述上排滚轮由布设于同一水平线上且结构与尺寸均相同的多个圆形滚轮二(5-2)组成，所述下排滚轮与所述上排滚轮布设于同一竖直平面上，多个所述圆形滚轮一(5-1)和多个所述圆形滚轮二(5-2)均呈均匀布设，且相邻两个圆形滚轮一(5-1)之间的间距与相邻两个圆形滚轮二(5-2)之间的间距相同；所述圆形滚轮一(5-1)同轴安装在轮轴一上且其可绕所述轮轴一进行转动，圆形滚轮二(5-2)同轴安装在轮轴二上且其可绕所述轮轴二进行转动；多个所述圆形滚轮一(5-1)的轮轴一均通过金属连接杆一(5-3)连接为一体，且多个所述圆形滚轮二(5-2)的轮轴二均通过金属连接杆二(5-4)连接为一体；所述下排滚轮中所包括圆形滚轮一(5-1)的数量与所述上排滚轮中所包括圆形滚轮二(5-2)的数量相同，且多个所述圆形滚轮一(5-1)和多个所述圆形滚轮二(5-2)均呈交错布设；所述水平向进线通道为所述金属导电体一中的所述下排滚轮与上排滚轮之间的波浪形通道，且所述水平向出线通道为所述金属导电体二中的所述下排滚轮与上排滚轮之间的波浪形通道；所述下排滚轮和上排滚轮之间通过金属连接件进行连接。

3.按照权利要求2所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征在于：所述圆形滚轮一(5-1)和圆形滚轮二(5-2)均为铜轮，所述轮轴一和轮轴二均为铜轴，所述金属连接杆一(5-3)和金属连接杆二(5-4)均为铜杆，所述金属连接件由铜连接件。

4.按照权利要求2或3所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征在于：所述下排滚轮和所述上排滚轮的左右两侧之间均通过多根受拉弹簧(5-5)进行弹性连接，受拉弹簧(5-5)的上端固定在所述轮轴二的外端部，且受拉弹簧(5-5)的下端固定在所述轮轴一的外端部；在多根所述受拉弹簧(5-5)的弹力作用下，所述上排滚轮中多个所述圆形滚轮二(5-2)的滚轮底部均与被处理MgB₂线材(8)直接接触，且所述下排滚轮中多个所述圆形滚轮一(5-1)的滚轮顶部均与被处理MgB₂线材(8)直接接触。

5.按照权利要求4所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征在于：所述下排滚轮中所述圆形滚轮一(5-1)的数量为5个，且所述上排滚轮中圆形滚轮二(5-2)的数量为5个。

6.按照权利要求4所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征在于：所述下排滚轮和所述上排滚轮的左右两侧之间所连接受拉弹簧(5-5)的数量均为3根；5个所述圆形滚轮一(5-1)由前至后分别为圆形滚轮一A、圆形滚轮一B、圆形滚轮一C、圆形滚轮一D和圆形滚轮一E，5个所述圆形滚轮二(5-2)由前至后分别为圆形滚轮二A、圆形滚轮二B、圆形滚轮二C、圆形滚轮二D和圆形滚轮二E；所述下排滚轮和所述上排滚轮的左侧之间所连接的3根受拉弹簧(5-5)分别为左侧弹簧一、左侧弹簧二和左侧弹簧三，所述下排滚轮和所述上排滚轮的右侧之间所连接的3根受拉弹簧(5-5)分别为右侧弹簧一、右侧弹簧二和右侧弹簧三；所述左侧弹簧一的上端固定在圆形滚轮二A所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一A所安装轮轴一的左端部，所述左侧弹簧二的上端固定在圆形滚轮二C所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一C所安装轮轴一的左端部，所述左侧弹簧三的上端固定在圆形滚轮二E所安装轮轴二的左端部且其下端固定在圆形滚轮一E所安装轮轴一的左端部；所述右侧弹簧一的上端固定在圆形滚轮二A所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一A所安装轮轴一的右端部，所述右侧弹簧二的上端固定在圆形滚轮二C所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一C所安装轮轴一的右端部，所述右侧弹簧三的上端固定在圆形滚轮二E所安装轮轴二的右端部且其下端固定在圆形滚轮一E所安装轮轴一的右端部。

7.按照权利要求1、2或3所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征在于：还包括拉拔过程中对被处理MgB₂线材(8)上所受的拉拔力进行实时检测的拉拔力检测单元和与所述拉拔力检测单元相接的数据处理器。

8.按照权利要求7所述的一种MgB₂线材的电塑性拉拔装置，其特征在于：所述拉拔力检测单元包括安装在所述拉拔模具的定位支架(4)上的测力盘(6)和安装在测力盘(6)上的应变片(7)。

9.一种利用如权利要求1所述拉拔装置对MgB₂线材进行电塑性拉拔的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、脉冲电源连接：将所述金属导电体一和所述金属导电体二分别与直流脉冲电源(3)的正负电源端相接；

步骤二、电塑性拉拔：对被处理MgB₂线材(8)进行多道次电塑性拉拔，直至将被处理MgB₂线材(8)拉拔至设计尺寸，且每一道次的拉拔方法均相同；对于每一道次的拉拔过程来说，先启动所述驱动电机带动收线轮(2)转动，且在放线轮(1)和收线轮(2)的配合作用下，带动被处理MgB₂线材(8)以运行速度V分别自所述电源正极接线元件(5)、所述拉丝模具和所述电源负极接线元件(9)内部连续水平拉过，便完成一道次拉拔过程；运行速度V＝2.0m/min～4.0m/min；实际拉拔过程中，所述直流脉冲电源(3)的占空比为5％～10％且其输出电压为12V±2V，直流脉冲电源(3)的电流密度为500A/mm²～3000A/mm²且其脉冲频率为5kHz～50kHz。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤二中所述被处理MgB₂线材(8)为按照常规原位粉末套管法，且经装管和旋锻处理后获得的MgB₂线材。