CN103451585B

CN103451585B - 一种无磁性Cu基复合基带用的初始复合坯锭的制备方法

Info

Publication number: CN103451585B
Application number: CN201310405571.9A
Authority: CN
Inventors: 刘志勇; 杨炳方; 刘海瑞; 尚淑英; 安义鹏
Original assignee: Henan Normal University
Current assignee: Henan Normal University
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103451585A

Abstract

本发明公开了一种铜Cu基合金复合基带用的复合坯锭的制备方法。本发明所提供的铜Cu基合金初始复合坯锭，表层是镍Ni的原子百分比为40%～46%的Cu-Ni合金，芯层是钨W原子百分含量为9～10%的Ni-W合金。其制备方法为将熔炼法制备的镍Ni的原子百分比为40%～46%的Cu-Ni合金表面进行喷砂处理（代号A），然后和钨W原子百分含量为9～10%的Ni-W混合粉末（代号B）按照A-B-A的顺序置于模具中；采用放电等离子体烧结技术边压制边烧结得到复合坯锭，然后热轧复合坯锭，第一道次变形量为30%～40%，后续每道次变形量为3%～5%，总变形量为50%～60%，得到大变形量冷轧前的初始复合坯锭；该初始复合坯锭界面结合良好，可用于制备高温涂层超导强化韧性基带用的初始坯锭。

Description

一种无磁性Cu基复合基带用的初始复合坯锭的制备方法

技术领域

本发明涉及一种无磁性高强度铜Cu基合金复合基带用的初始复合坯锭的制备方法，属于高温涂层超导体织构金属基带技术领域。

背景技术

随着高温超导材料性能的提高和制冷技术的不断进步，高温超导技术将日益应用到社会生活中的各个领域，如电力、交通、运输、磁体技术、军事技术等方面。1996年美国橡树岭国家实验室的AmitGoyal等人通过大变形量轧制和再结晶退火的工艺获得具有锐利双轴织构的金属基带，然后在金属基底上通过逐层外延生长的方式获得有取向的过渡层，得到沉积YBCO的模板，再用化学或物理的方法外延生长出织构超导层，此技术路线也被称作RABiTS技术。而基带的制备技术是RABiTS技术的关键，金属纯镍Ni很容易形成强立方织构，但是纯镍Ni具有铁磁性，屈服强度较低，不能满足YBCO高温涂层导体带材的应用，后来人们通过溶质固熔的思想来解决上述问题，中国专利CN1408889A（公开日2003.4.9）公开了在铜Cu中加入重量百分含量小于40%的镍Ni元素，制备出无磁性的Cu-Ni合金基带。由于单层无磁性的Cu-Ni合金基带的屈服强度不是很高，只能满足高温涂层导体的部分应用，为了解决铜Cu基合金基带机械强度的问题，中国专利CN101786352A（公开日2010.07.28）公开了一种层状的无磁性铜Cu基合金复合基带，该复合基带的机械强度与单层基带相比有明显的提高，但是其外层原料为混合粉末，烧结后坯锭中存在大量的孔洞等缺陷，不利于后续过渡层及超导层的制备，并且外层原料为混合粉末烧结得到的复合坯锭，后续要进行高温长时间的均匀化退火，制备工艺较复杂，而外层初始原料为熔炼Cu-Ni合金坯锭、芯层为Ni-W混合粉末制备的铜Cu基合金复合基带不仅能提高铜Cu基合金基带的机械强度，同时外层初始原料为熔炼坯锭，制备的复合基带表面缺陷比外层初始原料为Cu-Ni混合粉末制备得到的基带表面缺陷要少，更有利于后续制备高质量的过渡层及超导层。由于外层初始原料为熔炼坯锭，芯层初始原料为混合粉末制备的复合坯锭，界面结合力没有外层和芯层初始原料均为混合粉末制备的复合坯锭界面结合力好，并且外层Cu-Ni合金与芯层Ni-W合金的塑性变形能力差别很大，边压制边烧结得到的复合坯锭在后续的轧制变形过程中很容易造成开裂，因此由外层初始原料为熔炼Cu-Ni合金，芯层为Ni-W混合粉末制备的界面结合良好、在后续轧制过程中不会开裂的复合坯锭的研究具有十分重要意义和价值。

发明内容

本发明的目的是为了得到第二代高温涂层超导用的更高强度的无磁性合金基带，满足第二代高温涂层超导在更多领域的应用要求，提供用于制备第二代高温涂层超导用的强度更高的铜Cu基合金复合基带用的初始复合坯锭。

本发明所提供的无磁性立方织构铜Cu基合金复合基带用的初始复合坯锭的制备方法，包括以下步骤：

（1）外层坯锭和芯层混合粉末的制备与模具填充

采用真空感应熔炼获得的镍Ni的原子百分比为40%～46%的Cu-Ni合金经过高温锻造及线切割，将得到的坯锭进行表面喷砂处理（代号为A）获得复合坯锭的外层，其中砂料为石英砂，砂料粒径为1mm～1.5mm；将采用高能球磨获得的钨W的原子百分含量为9～10%的Ni-W混合粉末(代号为B粉)作为芯层，将喷砂处理后的Cu-Ni合金和研磨好的粉末按A-B-A的顺序分层置于模具中。

（2）复合坯锭的压制与烧结

采用放电等离子体烧结技术，将已填充了A-B-A样品的模具放入烧结设备中，在真空条件下进行加压烧结，烧结温度为750～800℃，时间为5～8min；

（3）复合坯锭的热轧

将烧结得到的复合坯锭进行热轧处理，热轧温度为900℃保温2h，热轧的第一道次变形量为30%～40%，后续每道次变形量为3%～5%，总变形量为50%～60%，得到大变形量冷轧前的初始复合坯锭。

本发明的核心技术是：将外层的熔炼法制备的Cu-Ni合金在填充模具之前进行喷砂处理，由于单层Cu-Ni合金与单层的镍Ni9～10%钨W合金的延展性差别较大，直接采用放电等离子体烧结技术制备得到的复合坯锭在随后的冷轧中很容易开裂，如果将外层Cu-Ni合金在装入模具之前进行表面喷砂处理，放电等离子体烧结后可以增加外层和芯层材料之间的机械结合强度，实现机械结合与冶金结合共同作用的目的，将烧结得到的复合坯锭进行一定变形量的热轧，控制热轧道次变形量，增加第一道次热轧变形量，使轧制力贯穿至复合坯锭芯层，在变形过程中外层和芯层材料更容易同时延展，这样可以避免坯锭在热轧及后续冷轧过程中开裂。

附图说明

图1是实施例1中初始复合坯锭的界面金相图。

图2是实施例1中冷轧复合基带的界面背散射电子衍射照片。

图3是实施例1中铜Cu基合金复合基带的（111）面极图。

图4是实施例2中铜Cu基合金复合基带的（111）面极图。

图5是实施例3中铜Cu基合金复合基带的（111）面极图。

具体实施方式

实施例1

将采用真空感应熔炼获得的镍Ni的原子百分比为45%的Cu-Ni合金经过高温锻造及线切割，将得到的坯锭进行表面喷砂处理（代号为A）作为复合坯锭的外层，其中砂料为石英砂，砂料粒径为1mm～1.5mm；将采用高能球磨获得的钨W的原子百分含量为9.5%的Ni-W混合粉末(代号为B粉)作为芯层，将喷砂处理后的Cu-Ni合金和球磨好的Ni-W粉末按A-B-A的顺序分层置于模具中。采用放电等离子体烧结技术，将已填充了A-B-A的模具放入烧结设备中，在真空条件下进行加压烧结，烧结温度为750℃，时间为8min，将烧结得到的复合坯锭进行热轧处理，热轧温度为900℃保温2h，热轧的第一道次变形量为30%，后续每道次变形量为5%，总变形量为50%，得到大变形量冷轧前的初始复合坯锭，将热轧得到的坯锭截面抛光腐蚀后得到的金相显微照片如图1所示。从图中可以看出，外层和芯层之间结合良好，达到了机械结合与冶金结合共同作用的目的，然后将初始复合坯锭进行大变形量冷轧，道次变形量为1%，总变形量为99%，得到冷轧复合基带，冷轧复合基带截面处的背散射电子照片如图2所示，从图中可以明显看出该复合基带内外层结合良好，没有看见缺陷或裂纹，最后将得到的复合基带在Ar-4%H₂混合气体（即混合气体中H₂体积含量为4%）保护下采用900℃保温30min的再结晶退火获得具有高强度、无磁性、强立方织构的铜Cu基合金复合基带。该合金基带的（111）面极图如图3所示；该复合基带在室温下的屈服强度为230MPa，是相应单层Cu-Ni合金基带的1.9倍。

实施例2

将采用真空感应熔炼获得的Ni的重量百分比为43%的Cu-Ni合金经过高温锻造及线切割，将得到的坯锭进行表面喷砂处理（代号为A），作为复合坯锭的外层，其中砂料为石英砂，砂料粒径为1mm～1.5mm；将采用高能球磨获得的钨W的原子百分含量为9.5%的Ni-W混合粉末(代号为B粉)作为芯层，将喷砂处理后的Cu-Ni合金和球磨好的Ni-W粉末按A-B-A的顺序分层置于模具中。采用放电等离子体烧结技术，将已填充了A-B-A的模具放入烧结设备中，在真空条件下进行加压烧结，烧结温度为800℃，时间为5min将烧结得到的复合坯锭进行热轧处理，热轧温度为900℃保温2h，热轧的第一道次变形量为33%，后续每道次变形量为3%，总变形量为50%，得到大变形量冷轧前的初始复合坯锭，然后将初始复合坯锭进行大变形量冷轧，道次变形量为3%，总变形量为99%，得到冷轧复合基带；最后将得到的复合基带在Ar-4%H₂混合气体（即混合气体中H₂体积含量为4%）保护下采用900℃保温30min的再结晶退火获得具有高强度、无磁性、强立方织构的铜Cu基合金复合基带。该合金基带的（111）面极图如图4所示；该复合基带在室温下的屈服强度为220MPa，是相应单层Cu-Ni合金基带的1.8倍。

实施例3

将采用真空感应熔炼获得的Ni的重量百分比为42%的Cu-Ni合金经过高温锻造及线切割，将得到的坯锭进行表面喷砂处理（代号为A）作为复合坯锭的外层，其中砂料为石英砂，砂料粒径为1mm～1.5mm；将采用高能球磨获得的钨W的原子百分含量为9.5%的Ni-W混合粉末(代号为B粉)作为芯层，将喷砂处理后的Cu-Ni合金和球磨好的Ni-W混合粉末按A-B-A的顺序分层置于模具中。采用放电等离子体烧结技术，将已填充了A-B-A的模具放入烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结温度为800℃，时间为5min，将烧结得到的复合坯锭进行热轧处理，热轧温度为900℃保温2h，热轧的第一道次变形量为38%，后续每道次变形量为4%，总变形量为55%，得到大变形量冷轧前的初始复合坯锭，然后将初始复合坯锭进行大变形量冷轧，道次变形量为2%，总变形量为99%，得到冷轧复合基带；最后将得到的复合基带在Ar-4%H₂混合气体（即混合气体中H₂体积含量为4%）保护下采用900℃保温30min的再结晶退火获得具有高强度、无磁性、强立方织构的Cu基合金复合基带。该合金基带的（111）面极图如图5所示；该复合基带在室温下的屈服强度为200MPa，是相应单层镍NiCu-镍Ni合金基带的1.7倍。

Claims

1.一种无磁性立方织构Cu基合金复合基带用的初始复合坯锭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)外层坯锭和芯层混合粉末的制备与模具填充

将采用真空感应熔炼获得的Ni的原子百分比为40％～46％的CuNi合金经过高温锻造及线切割，将得到的坯锭进行表面喷砂处理获得复合坯锭的外层，其中砂料为石英砂，砂料粒径为1mm～1.5mm；将采用高能球磨获得的W的原子百分含量为9-10％的NiW混合粉末作为芯层，将喷砂处理后的CuNi合金和研磨好的粉末按外层-芯层-外层的顺序分层置于模具中；

(2)复合坯锭的压制与烧结

采用放电等离子体烧结技术，将已填充了外层-芯层-外层样品的模具放入烧结设备中，在真空条件下进行加压烧结，烧结温度为750-800℃，时间为5～8min；

(3)复合坯锭的热轧

将烧结得到的复合锭进行热轧处理，热轧温度为900℃保温2h，热轧的第一道次变形量为30％～40％，后续每道次变形量为3％～5％，总变形量为50％～60％，得到大变形量冷轧前的初始复合坯锭。