CN103817330A - 一种金属粉末轧制制备涂层超导体用强立方织构复合基带的方法 - Google Patents

Abstract

一种金属粉末轧制制备涂层超导体用强立方织构复合基带的方法，属于高温涂层超导基带技术领域。所用原料为高纯镍粉、钨粉和铬粉，纯度都在99.9%以上，采用粉末轧制的方法得到初始生板坯，然后经过长时间高温烧结、热轧、表面抛光处理得到层间结合致密的镍钨-镍铬复合初始坯锭；再经过多道次冷轧、轧制中间回复热处理、最终高温再结晶退火，得到外层具有强立方织构，芯层无磁性、高强度的镍钨-镍铬合金复合基带。本发明以其特有的制备复合坯锭的方法，得到了高性能的镍钨-镍铬合金复合基带。本发明所制备的合金基带具有制备工艺便捷、强立方织构含量、无铁磁性、高强度等特点，并且易于大规模工业化生产。

Description

一种金属粉末轧制制备涂层超导体用强立方织构复合基带的方法

技术领域

本发明涉及一种高温涂层超导体用立方织构镍钨-镍铬合金复合基带的制备方法,属于高温涂层超导基带技术领域。

背景技术

利用RABiTS技术路线制备涂层导体基带的方法已经被科学界研究了近20年。织构基带因其制备成本低廉，生产效率高，在西方发达国家已经被投入工业化生产并得到了广泛的应用。

目前，NiW合金基带具有优异的综合性能（力学性能、抗氧化性能、磁性能、织构性能等），因此它是科学界研究最广泛也是最成熟的基带材料之一。但单层的NiW合金基带难以同时兼顾强立方织构含量、无铁磁性、高强度这几点需求；而普通粉末冶金制备复合基带坯锭的方法又难以实现大批量工业化生产。鉴于此，本发明采用粉末轧制的方法，制备得到无铁磁性的NiCr合金为芯层，易得到强立方织构的NiW合金为外层的复合生板坯。再经过高温长时间的烧结、连续两道次的热轧、多道次的冷轧以及轧制间回复热处理。最终在高温再结晶退火后，内外层元素发生相互扩散，得到基带表面强立方织构含量、无铁磁性、高强度的复合型NiW-NiCr合金基带。

本发明的方法可以实现高性能复合基带的大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提出了一种强立方织构、无铁磁性复合型NiW-NiCr合金基带的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将纯度都大于99.9%的Ni粉和W粉，按照W的原子百分含量为7.5-8.5at%进行配比；将纯度都大于99.9%的Ni粉和Cr粉，按照Cr的原子百分含量为13-15at%进行配比；将以上两种混合金属粉末分别在高速斜卧式混粉机中混合均匀；为防止金属粉末氧化，混粉桶需抽真空处理，真空压力需小于10Pa；混粉桶转速控制在80-100转/分钟；混粉时间在1-2小时之间；

（2）将步骤（1）混合均匀的粉末分别倒入一体式相邻并排的三个储粉槽（如图1中的1所示）中；粉末放置顺序分别为：中间储粉槽内装有NiCr混合粉末（如图1中2所示），外侧两个储粉槽内均装有NiW混合粉末（如图1中3所示）；外层两个储粉槽开口宽度相同，中间储粉槽开口宽度与外层储粉槽开口宽度的比值在1～3之间；储粉槽与轧辊（如图1中4所示）成垂直式放置，两轧辊在储粉槽出粉口正下方，储粉槽出粉经过两轧辊间的空隙轧制成中间层为NiCr、两外层为NiW的NiW-NiCr复合生板坯，轧制速度控制在0.5-1.2m/s之间；

（3）将步骤（2）制备得到的复合生板坯（如图1中5所示）放入真空热处理炉中，在高纯Ar气（纯度大于99.9%）为保护气氛中以1000-1100℃温度烧结10-24小时；

（4）将（3）中烧结完成的复合板坯不冷却直接进行两次连续热轧，每次热轧的道次变形量均控制在20-25%之间，中轧温度控制在800℃以上，终轧温度控制在650℃以上；

（5）将步骤（4）热轧板坯去头尾各1-2m，去边各0.1-0.2m，然后经过酸洗、打磨去氧化皮、表面抛光得到初始复合板坯；

（6）将步骤（5）得到的初始复合板坯在精密二辊轧机中，按照道次变形量7-10%，总变形量为95%（相对于初始复合板坯）进行往复式冷轧；

（7）将步骤（6）冷轧得到的复合带材卷曲后放入真空热处理炉中，在高纯Ar气为保护气氛中以450-600℃的温度退火0.5-2小时，然后随炉冷却；

（8）将（7）中得到的复合带材在带有牵引装置的精密四辊轧机中，按照道次变形量7-10%，进行往复式牵引冷轧，总变形量为相对于步骤（5）所得初始复合板坯98.75-99%；

（9）将（8）中得到的冷轧复合带材放入有高纯Ar气为保护气氛的热处理炉中退火；升温速率为5℃/min，1000-1100℃保温1-1.5h；即制备得到外层为NiW合金、芯层为NiCr合金复合基带。

步骤（2）一体式相邻并排的三个储粉槽为三个并列的方直桶，位于其下的两轧辊使得所出粉料全部落入两轧辊的间隙进行扎制。两轧辊的间隙与平行于出粉料层。

优选复合生板坯中三层的厚度相等。最终复合基带的厚度优选0.08-0.1mm。

本发明的关键在于制定一种特殊的涂层导体用镍钨-镍铬合金复合基带的制备工艺，以获得性能优异的合金基带；相较于传统的单层镍钨合金基带，在保证基带表面强立方织构含量的前提下，改善了基带整体的铁磁性能，提高了强度；相较于应用普通粉末冶金制备的镍钨合金复合基带，本发明更能实现大规模工业化生产。

附图说明

图1、1.储粉槽；2.Ni、Cr混合粉末；3.Ni、W混合粉末；4.轧辊；5.NiW-NiCr复合生板坯；

图2、实施例1中制备的NiW-NiCr合金复合板坯热轧后，截面在扫面电镜下界面层的背散射电子（BSE）图像（左边较亮的是NiCr层，右边较暗的是NiW层）；

图3、实施例1中制备的NiW-NiCr合金复合冷轧基带的截面在扫面电镜下的背散射电子（BSE）图像（中间较亮的是NiCr层，上下较暗的是NiW层）；

图4、实施例1中制备的NiW-NiCr合金复合基带在再结晶热处理后表面的EBSD微观织构图（红色表示小于10°偏差内的立方织构的晶粒，白色表示非立方织构的晶粒；灰色线表示小于10°的小角度晶界，黑色线表示大于10°的大角度晶界）。

图5、实施例2中制备的NiW-NiCr合金复合板坯热轧后，截面在扫面电镜下界面层的背散射电子（BSE）图像（右边较亮的是NiCr层，左边较暗的是NiW层）；

图6、实施例2中制备的NiW-NiCr合金复合冷轧基带的截面在扫面电镜下的背散射电子（BSE）图像（中间较亮的是NiCr层，上下较暗的是NiW层）；

图7、实施例2中制备的NiW-NiCr合金复合基带在再结晶热处理后表面的EBSD微观织构图（红色表示小于10°偏差内的立方织构的晶粒，白色表示非立方织构的晶粒；灰色线表示小于10°的小角度晶界，黑色线表示大于10°的大角度晶界）。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

（1）将纯度为99.99%的Ni粉和纯度为99.95%的W粉，按照W的原子百分含量为8at%进行配比；将纯度为99.99%的Ni粉和纯度为99.90%的Cr粉，按照Cr的原子百分含量为13at%进行配比；将以上两种混合金属粉末分别在高速斜卧式混粉机中混合均匀；混粉桶抽真空处理，真空度压力为8Pa；混粉桶转速控制在80转/分钟；混粉时间为2个小时；

（2）将混合均匀的粉末分别倒入一体式相邻的三个储粉槽中；粉末放置顺序分别为：内侧储粉槽内装有NiCr混合粉末，外侧两个储粉槽内装有NiW混合粉末；三个储粉槽开口宽度一样，各为30mm宽；储粉槽与轧辊成垂直式放置，轧辊在储粉槽出粉口正下方，轧辊间隙为16mm，轧制速度为1.2m/s；制备得到了18mm厚，10m长,1m宽的复合生板坯，三层的厚度相等，见图1；

（3）将制备得到的复合生板坯放入真空热处理炉中，在高纯Ar气为保护气氛中以1100℃的温度烧结15个小时；

（4）将烧结完成的复合板坯不冷却直接进行两次连续热轧，每次热轧的道次变形量均控制25%，中轧温度为840℃，终轧温度控制为710℃；

（5）将热轧板坯去头尾各1.5m，去边各0.15m，然后经过酸洗、打磨去氧化皮、表面抛光，得到8mm厚，7m长，0.8m宽的初始复合板坯；复合板坯的样品的截面背散射电子图如图2所示，可见板坯中存在较明显的分层界面，以及还存在较多的疏松空洞，这说明板坯此时的内部结构还不够致密；

（6）将初始复合板坯在精密二辊轧机中，按照道次变形量7%，总变形量为95%（相对于初始复合板坯）进行往复式冷轧；

（7）将冷轧得到的复合带材卷曲后放入真空热处理炉中，在高纯Ar气为保护气氛中以500℃的温度退火1小时，然后随炉冷却；

（8）将轧制中间热处理得到的复合带材在带有牵引装置的精密四辊轧机中，按照道次变形量7%，进行往复式牵引冷轧，总变形量为99%（相对于初始复合板坯）；得到厚度为0.08mm的复合冷轧带材；该种带材截取样品的截面的背散射电子图如图3所示，从中可以看到明显的1:1:1的三层结构，且此时基本无空洞存在；这说明热轧后多道次的冷轧显著提高了复合带材内部的致密度；

（9）将冷轧复合带材放入有高纯Ar气为保护气氛的热处理炉中退火；升温速率为5℃/min，1050℃保温1小时，然后随炉冷却；即制备得到外层为NiW合金，芯层为NiCr合金，0.08mm厚的复合基带；该基带样品表面的EBSD微观织构图如图4所示，立方织构（＜10°）含量达到了95.2%。

实施例2：

（1）将纯度为9.99%的Ni粉和纯度为99.95%的W粉，按照W的原子百分含量为8.5at%进行配比；将纯度为99.99%的Ni粉和纯度为99.90%的Cr粉，按照Cr的原子百分含量为14at%进行配比；将以上两种混合金属粉末分别在高速斜卧式混粉机中混合均匀；混粉桶抽真空处理，真空度压力为8Pa；混粉桶转速控制在90转/分钟；混粉时间为1.5个小时；

（2）将混合均匀的粉末分别倒入一体式相邻的三个储粉槽中；粉末放置顺序分别为：内侧储粉槽内装有NiCr混合粉末，外侧两个储粉槽内装有NiW混合粉末；内侧储粉槽开口宽度为50mm，是外层储粉槽开口宽度的两倍；储粉槽与轧辊成垂直式放置，轧辊在储粉槽出粉口正下方，轧辊间隙为16mm，轧制速度为1.2m/s；制备得到了18mm厚，10m长,1m宽的复合生板坯，三层的厚度比分别为1:2:1，见图1；

（3）将制备得到的复合生板坯放入真空热处理炉中，在高纯Ar气为保护气氛中以1050℃的温度烧结22个小时；

（4）将烧结完成的复合板坯不冷却直接进行两次连续热轧，每次热轧的道次变形量均控制25%，中轧温度为810℃，终轧温度控制为690℃；

（5）将热轧板坯去头尾各1.5m，去边各0.15m，然后经过酸洗、打磨去氧化皮、表面抛光，得到8mm厚，7m长，0.8m宽的初始复合板坯；复合板坯的样品的截面背散射电子图如图5所示，可见板坯中存在较明显的分层界面，以及还存在较多的疏松空洞，这说明板坯此时的内部结构还不够致密；

（6）将初始复合板坯在精密二辊轧机中，按照道次变形量10%，总变形量为95%（相对于初始复合板坯）进行往复式冷轧；

（7）将冷轧得到的复合带材卷曲后放入真空热处理炉中，在高纯Ar气为保护气氛中以480℃的温度退火1小时，然后随炉冷却；

（8）将轧制中间热处理得到的复合带材在带有牵引装置的精密四辊轧机中，按照道次变形量10%，进行往复式牵引冷轧，总变形量为98.9%（相对于初始复合板坯）；得到厚度为0.09mm的复合冷轧带材；该种带材截取样品的截面的背散射电子图如图6所示，从中可以看到明显的1:2:1的三层结构，且此时基本无空洞存在；这说明热轧后多道次的冷轧显著提高了复合带材内部的致密度；

（9）将冷轧复合带材放入有高纯Ar气为保护气氛的热处理炉中退火；升温速率为5℃/min，1100℃保温1小时，然后随炉冷却；即制备得到外层为NiW合金，芯层为NiCr合金，0.09mm厚的复合基带；该基带样品表面的EBSD微观织构图如图7所示，立方织构（＜10°）含量达到了89.5%。

Claims (4)

1.一种金属粉末轧制制备涂层超导体用强立方织构复合基带的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将纯度都大于99.9%的Ni粉和W粉，按照W的原子百分含量为7.5-8.5at%进行配比；将纯度都大于99.9%的Ni粉和Cr粉，按照Cr的原子百分含量为13-15at%进行配比；将以上两种混合金属粉末分别在高速斜卧式混粉机中混合均匀；为防止金属粉末氧化，混粉桶需抽真空处理，真空压力需小于10Pa；混粉桶转速控制在80-100转/分钟；混粉时间在1-2小时之间；

（2）将步骤（1）混合均匀的粉末分别倒入一体式相邻并排的三个储粉槽中；粉末放置顺序分别为：中间储粉槽内装有NiCr混合粉末，外侧两个储粉槽内均装有NiW混合粉末；外层两个储粉槽开口宽度相同，中间储粉槽开口宽度与外层储粉槽开口宽度的比值在1～3之间；储粉槽与轧辊成垂直式放置，两轧辊在储粉槽出粉口正下方，储粉槽出粉经过两轧辊间的空隙轧制成中间层为NiCr、两外层为NiW的NiW-NiCr复合生板坯，轧制速度控制在0.5-1.2m/s之间；

（3）将步骤（2）制备得到的复合生板坯放入真空热处理炉中，在高纯Ar气为保护气氛中以1000-1100℃温度烧结10-24小时；

（4）将（3）中烧结完成的复合板坯不冷却直接进行两次连续热轧，每次热轧的道次变形量均控制在20-25%之间，中轧温度控制在800℃以上，终轧温度控制在650℃以上；

（5）将步骤（4）热轧板坯去头尾各1-2m，去边各0.1-0.2m，然后经过酸洗、打磨去氧化皮、表面抛光得到初始复合板坯；

（6）将步骤（5）得到的初始复合板坯在精密二辊轧机中，按照道次变形量7-10%，总变形量相对于初始复合板坯为95%，进行往复式冷轧；

（7）将步骤（6）冷轧得到的复合带材卷曲后放入真空热处理炉中，在高纯Ar气为保护气氛中以450-600℃的温度退火0.5-2小时，然后随炉冷却；

（8）将（7）中得到的复合带材在带有牵引装置的精密四辊轧机中，按照道次变形量7-10%，进行往复式牵引冷轧，总变形量为相对于步骤（5）所得初始复合板坯98.75-99%；

（9）将（8）中得到的冷轧复合带材放入有高纯Ar气为保护气氛的热处理炉中退火；升温速率为5℃/min，1000-1100℃保温1-1.5h；即制备得到外层为NiW合金、芯层为NiCr合金复合基带。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，复合生板坯中三层的厚度比值在1:1:1-1:3:1之间。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，最终复合基带的厚度为0.08-0.1mm。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤（2）一体式相邻并排的三个储粉槽为三个并列的方直桶，位于其下的两轧辊使得所出粉料全部落入两轧辊的间隙进行扎制。两轧辊的间隙与平行于出粉料层。

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