CN103805811A

CN103805811A - 一种涂层导体用Ni-W合金自生复合基带的制备方法

Info

Publication number: CN103805811A
Application number: CN201410023556.2A
Authority: CN
Inventors: 王轶农
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明属于高温涂层超导体用金属基带制备技术领域，公开了一种涂层导体用镍钨合金自生复合基带的制备方法。采用真空感应熔炼方法获得W原子百分含量为7%～9%的Ni-W合金熔体；采用离心铸造方法获得圆筒形NiW合金复合铸锭。将圆筒形铸锭单边切开，然后辗平成板状铸锭；对板状铸锭进每道次变形量3～15%、总变形量大于96%的冷轧变形，得到厚度为50～200μm的冷轧基带；冷轧基带在气体保护或真空下于1050～1250℃温度下退火0.5～3h，得到低W含量一侧具有强立方织构的Ni-W合金复合基带。本发明的基带内无物理结合界面，机械强度高，磁性低，立方织构含量高，可制备长基带，适于规模化工业生产。

Description

一种涂层导体用Ni-W合金自生复合基带的制备方法

技术领域

本发明属于高温涂层超导体金属基带制备技术领域，涉及到Ni-W合金基带的制备方法。

背景技术

以钇钡铜氧（即YBa₂Cu₃O_7-X，简写YBCO）涂层导体为代表的第二代高温超导带材，由于其在高场下载流能力大大优于第一代铋锶钙铜氧（即Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₇，简写BSCCO）高温超导带材，近年来成为超导材料研究领域的热点。通常，YBCO涂层导体带材是通过外延生长在具有隔离层的双轴立方织构金属基带上制备而成。鉴于涂层导体的结构特征，获得高强度、低（无）磁性、高立方织构的金属基带是关键。金属Ni经大变形冷轧和再结晶退火后很容易获得锐利的双轴立方织构，但金属Ni具有铁磁性，强度很低，不能满足YBCO涂层导体用基带的要求。对金属Ni进行W合金化是解决此问题的一种有效途径（中国专利CN1740357，公开日2006.3.1）。当W含量低于5%（原子百分比，下同）时（简写Ni5W，下同），虽然很容易获得强的双轴立方织构，但基带的强度和磁性仍然难以满足涂层导体在高场和交流下应用的要求。当W含量超过9%以上时，尽管屈服强度大幅度提高，77K温度下磁性几乎完全消失，但由于高W含量使得NiW合金层错能严重降低，导致轧制织构发生改变，再结晶退火后双轴立方织构强度急剧下降，难以获得强立方织构的NiW合金基带。为解决上述问题，德国学者2003年（Acta Materialia51(2003)4919-4927）采用套管技术路线，制备了外层为低W含量的Ni4.5W，芯层为高强度、低磁性的Ni15Cr的复合棒材，然后经过热锻和热轧制得基带，最后经再结晶退火使得低W含量的外层形成立方织构。尽管相比Ni5W合金基带其强度和磁性都有所改善，但这种基带的外层和内层之间只是简单的物理结合，导致后期的轧制和热处理过程中容易分层和开裂，另外热轧工艺的运用严重影响了轧制织构，使得后续的再结晶退火难以获得强的立方织构。中国学者2006年（Scripta Materialia 56(2007)129-131）采用放电等离子体压力烧结方法制备了Ni5W/Ni12W/Ni5W三明治型复合坯料，经冷轧变形和再结晶退火处理后，获得了表层具有强立方织构的复合基带，同时强度和磁性也得到了显著改善。由于该方法制备的复合坯料尺寸较小，规模化工业生产受到极大限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了通过离心铸造制备大尺寸高W含量的NiW合金自生复合铸锭的方法。利用离心铸造过程中产生的离心力场诱导高比重的合金元素W自内层向外层迁移，获得外层为高W含量，内层为低W含量，W含量呈连续梯度分布的圆筒形铸锭。将圆筒形铸锭单边切断并辗平，获得平板状的复合铸锭，以便于后续的轧制变形。本发明的目的是通过制备W含量呈连续梯度分布的NiW合金自生复合基带，解决现有复合基带制备过程中因层与层之间结合力弱导致的分层开裂和不易形成强双轴立方织构的问题，同时提高基带机械强度，降低基带磁性，为YBCO涂层导体带材提供一种高强度、低磁性、强双轴立方织构的NiW合金复合基带及其制备方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

（1）原料配比与熔炼

将W的原子百分含量为7～9%的Ni-W混合料在真空条件下于1500～1700℃熔炼5～20min，获得Ni-W合金熔体；

（2）自生复合铸锭的制备

将上述的Ni-W合金熔体采用离心铸造方法制成圆筒形铸锭。离心机转速为 500-2000rpm，离心铸造模具温度为室温至800℃。将圆筒形铸锭单边切开，然后辗平成板状铸锭；

（3）自生复合铸锭的轧制变形

将上述板状铸锭进行轧制变形，每道次变形量为3～15%，总变形量大于96%，得到厚度为50～200μm的冷轧基带；

（4）冷轧基带的退火处理

将上述冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护下或真空条件下于1050～1250℃温度下退火0.5～3h，得到低W含量一侧具有强立方织构的涂层导体用Ni-W合金自生复合基带。

本发明的效果和益处是：

（1）本发明所提供的NiW合金自生复合基带中的W含量呈连续梯度分布，无物理结合界面，解决了现有技术中制备复合基带因层与层之间结合力弱导致的分层开裂问题；

（2）本发明所提供的NiW合金自生复合基带存在低W含量一侧，极易在该侧获得强双轴立方织构。

（3）本发明所提供的NiW合金自生复合基带平均W含量高，基带的机械强度高，磁性低；

（4）本发明所提供的NiW合金自生复合铸锭尺寸大，可以制备长的基带；

（5）本发明所提供的NiW合金自生复合基带制备方法工艺简单，设备成本低，基带性能高，极易实现规模化工业生产；

附图说明

图1是实施例1中复合基带W元素沿厚度方向上的连续梯度分布图。

图2是实施例1中复合基带低W含量一侧表面（111）面Phi-扫描图。

图3是实施例2中复合基带低W含量一侧表面（111）面Phi-扫描图。

图4是实施例3中复合基带低W含量一侧表面（111）面Phi-扫描图。

具体实施方式

以下结合技术方案（和附图）详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1

将金属Ni和金属W按W原子百分含量为9%的配比，在真空条件下于1700℃温度下熔炼20min，获得Ni9W合金熔体；利用离心铸造机将上述合金熔体制成外径120mm、壁厚12mm、高度40mm的圆筒形铸锭。离心机转速为2000rpm，离心铸造模具温度为800℃。圆筒形铸锭内外表面经机械磨光后，将圆筒形铸锭单边切开并辗平，制成长度43mm、宽度40mm、厚度11mm的板坯。将上述板坯进行冷轧变形，每道次变形量为3～15%，总变形量大于98%，得到厚度为200μm的冷轧基带；冷轧基带在Ar/H2混合气体保护中于1250℃退火3h，得到Ni9W合金自生复合基带。该复合基带W含量沿厚度方向的分布见图1，可见W含量沿基带厚度方向呈连续梯度分布。该复合基带低W含量一侧表面的（111）晶面Phi-扫描结果见图2，其半高宽度（FWHM）为8.52°；该复合基带的室温屈服强度为312MPa，较Ni5W基带屈服强度150MPa，提高了1倍以上。该复合基带室温饱和磁化强度为42emu/g，相比Ni5W合金基带饱和磁化强度50.0eum/g，降低了16%。

实施例2

将金属Ni和金属W按W原子百分含量为8%的配比，在真空条件下于1600℃温度下熔炼10min，获得Ni8W合金熔体；利用离心铸造机将上述合金熔体制成外径120mm、壁厚11mm、高度40mm的圆筒形铸锭。离心机转速为900rpm，离心铸造模具温度为500℃。圆筒形铸锭内外表面经机械磨光后，将圆筒形铸锭单边切开并辗平，制成长度43mm、宽度40mm、厚度10mm的板坯。将上述板坯进行冷轧变形，每道次变形量为3～15%，总变形量大于98%，得到厚度为120μm的冷轧基带；冷轧基带在Ar/H2混合气体保护中于1150℃退火1.5h，得到Ni8W合金自生复合基带。该复合基带低W含量一侧表面的（111）晶面Phi-扫描结果见图3，其半高宽度（FWHM）为7.86°；该复合基带的室温屈服强度为263MPa，较Ni5W基带屈服强度150MPa，提高了75%；该复合基带室温饱和磁化强度为44emu/g，相比Ni5W合金基带饱和磁化强度50.0eum/g，降低了12%。

实施例3

将金属Ni和金属W按W原子百分含量为7%的配比，在真空条件下于1500℃温度下熔炼5min，获得Ni7W合金熔体；利用离心铸造机将上述合金熔体制成外径120mm、壁厚10mm、高度40mm的圆筒形铸锭。离心机转速为500rpm，离心铸造模具温度为室温。圆筒形铸锭内外表面经机械磨光后，将圆筒形铸锭单边切开并辗平，制成长度43mm、宽度40mm、厚度9mm的板坯。将上述板坯进行冷轧变形，每道次变形量为3～15%，总变形量大于98%，得到厚度为50μm的冷轧基带；冷轧基带在Ar/H2混合气体保护中于1050℃退火0.5h，得到Ni7W合金自生复合基带。该复合基带低W含量一侧表面的（111）晶面Phi-扫描结果见图4，其半高宽度（FWHM）为7.06°；该复合基带的室温屈服强度为215MPa，较Ni5W基带屈服强度150MPa，提高了43%；该复合基带室温饱和磁化强度为46emu/g，相比Ni5W合金基带饱和磁化强度50.0eum/g，降低了8%。

Claims

1.一种涂层导体用Ni-W合金自生复合基带的制备方法，其特征在于如下步骤：

（1）原料配比与熔炼

将金属Ni和金属W，按W原子百分含量为7～9%的配比，在真空条件下于1500～1700℃熔炼5～20min，获得Ni-W合金熔体；

（2）自生复合铸锭的制备

采用离心铸造方法将上述的Ni-W合金熔体制成圆筒形铸锭，离心机转速为500-2000rpm，离心铸造模具温度为室温至800℃；将圆筒形铸锭单边切开，然后辗平成板状铸锭；

（3）自生复合铸锭的轧制变形

将上述板状铸锭轧制变形，每次变形量为3～15%，总变形量大于96%，得到厚度为50～200μm的冷轧基带；

（4）冷轧基带的退火处理

将上述冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护下或真空条件下于1050～1250℃温度下退火0.5～3h，得到涂层导体用Ni-W合金自生复合基带。