CN104123997A - 小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,包括以下步骤:将NbTi/Cu单芯棒拉伸成型为NbTi/Cu单芯六方棒,进行切断并矫直;加工铜包套并进行酸洗;将NbTi/Cu单芯六方棒排列在铜包套中,空隙用铜插棒填充,真空电子束焊接封盖得到NbTi/Cu复合包套;对复合包套进行挤压、反复拉伸、多道次扒皮、多次时效热处理,即得。本发明小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,通过减少单芯棒的铜比,增大NbTi/Cu单芯六方棒的高度,减薄铜包套的壁厚,控制NbTi/Cu复合棒的扒皮量,解决了现有NbTi/Cu超导线材铜比较大的问题,得到高性能铜比小于1.2的NbTi/Cu超导线材。
Description
技术领域
本发明属于超导线材加工方法技术领域,具体涉及一种小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法。
背景技术
Wire in Channel(WIC)超导线材具有大铜比、低的铜加工率等特点,该特点使其加工成本较为低廉,且用WIC超导线材制备的磁体运行稳定、安全,故WIC超导线材成为制备磁共振成像系统(MRI)关键部件—超导磁体的主导材料,同时还被用来制作粒子加速器的磁体等。WIC超导线材在制备时将超导线镶嵌在铜槽线中。铜比是线材的铜与非铜区体积比,指复合超导线中基体铜与非铜的体积比,这个比值也可以用超导线横截面积表示,即横截面上的铜面积与非铜区面积的比。超导线材的铜比决定了WIC超导线材的成本及性能。WIC超导线材的低温特性由镶嵌用的超导线材的低温特性决定;超导线材的铜比越小,WIC超导线材的成本也就越低。而现有的高性能NbTi/Cu超导线材铜比较大,因此,制备铜比越小的高性能超导线材具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,解决了现有NbTi/Cu超导线材铜比较大的问题。
本发明所采用的技术方案是:小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,具体包括以下步骤:
步骤1:将铜比为0.40~0.60的NbTi/Cu单芯棒拉伸成型为高度8~30mm的NbTi/Cu单芯六方棒,对NbTi/Cu单芯六方棒进行切断并矫直,得到多个NbTi/Cu单芯六方棒;
步骤2:加工外径为Φ140~Φ280mm、壁厚为5~20mm、长度为420~1020mm的铜包套,并进行酸洗;
步骤3:将步骤1得到的多个NbTi/Cu单芯六方棒紧密排列在步骤2制得的铜包套中,NbTi/Cu单芯六方棒与铜包套之间的空隙用铜插棒填充,分别将上铜盖和下铜盖盖在铜包套套体两端,并进行真空电子束焊接盖封,得到NbTi/Cu复合包套;
步骤4:将步骤3得到的NbTi/Cu复合包套进行挤压、反复拉伸、多道次扒皮、每道次的扒皮厚度为0.03~1.3mm、多次时效热处理,得到小铜比的NbTi/Cu超导线材。
本发明的特点还在于,
步骤1中切断的长度为400~1000mm,矫直后的不直度≤5/1000。
步骤2中铜包套包括套体以及分别设置在套体两端的上铜盖和下铜盖,上铜盖和下铜盖均扣入套体中。
步骤2中酸洗使用体积浓度为10%~60%的硝酸。
步骤3中NbTi/Cu单芯六方棒的根数为30~280根。
步骤3中铜插棒填充的填充率不小于98%。
步骤3中真空电子束焊接的速度为100~170°/min,焊接电流为50~200mA。
步骤4中挤压的速度为20~60mm/s,拉伸的速度为10~20m/min。
步骤4中扒皮的道次为1~5次。
步骤4中时效热处理的次数为2~6次,每次时效热处理温度为300~450℃、时间为20~60h。
本发明的有益效果是:本发明小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,通过减少单芯棒的铜比,增大NbTi/Cu单芯六方棒的高度,减薄铜包套的壁厚,控制NbTi/Cu复合棒的扒皮量,解决了现有NbTi/Cu超导线材铜比较大的问题,得到高性能铜比小于1.2的NbTi/Cu超导线材。
附图说明
图1是本发明铜包套的结构示意图;
图2是本发明NbTi/Cu复合包套的截面示意图。
其中1.上铜盖,2.套体,3.下铜盖,4.NbTi/Cu单芯六方棒,5.铜插棒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,具体包括以下步骤:
步骤1:将铜比为0.40~0.60的NbTi/Cu单芯棒经多次拉伸拔长后再用六方模具拉伸成型为高度为8~30mm的NbTi/Cu单芯六方棒,对NbTi/Cu单芯六方棒进行切断并矫直,矫直后NbTi/Cu单芯六方棒的不直度≤5/1000,切断的长度为400~1000mm,得到多个NbTi/Cu单芯六方棒;
步骤2:加工外径为Φ140~Φ280mm、壁厚为5~20mm、长度为420~1020mm的铜包套,并用体积浓度为10%~60%的硝酸进行酸洗;
如图1所示,铜包套包括套体2以及分别设置在套体2两端的上铜盖1和下铜盖3,上铜盖1和下铜盖3均扣入套体2中;
步骤3:如图2所示,将步骤1得到的多个NbTi/Cu单芯六方棒4紧密排列在步骤2制得的铜包套中,NbTi/Cu单芯六方棒4的根数为30~280根,NbTi/Cu单芯六方棒4与铜包套之间的空隙用铜插棒5填充,填充率不小于98%,分别将上铜盖1和下铜盖3盖在套体2两端,并进行真空电子束焊接盖封,焊接速度为100~170°/min、焊接电流为50~200mA,得到NbTi/Cu复合包套;
步骤4:将步骤3得到的NbTi/Cu复合包套在挤压机上以20~60mm/s的速度进行挤压、反复以10~20m/min的速度进行拉伸、1~5道次的扒皮,每道次的扒皮厚度为0.03~1.3mm、2~6次时效热处理,每次时效热处理温度为300~450℃、时间为20~60h,得到小铜比的NbTi/Cu超导线材。
实施例1
将铜比为0.51的NbTi/Cu单芯棒拉伸成型为高度为30.0mm的NbTi/Cu单芯六方棒,对单芯六方棒进行切断、矫直,矫直后NbTi/Cu单芯六方棒的不直度≤5/1000,切断的长度为400mm,得到多个NbTi/Cu单芯六方棒;加工铜包套,套体的外径为Φ140mm,壁厚为5mm、长度为420mm,上盖的总厚度为56.6mm,扣入筒体的厚度为15mm,下盖的总厚度为40mm,扣入筒体的厚度为5mm;用体积浓度为10%的硝酸对NbTi/Cu单芯六方棒、插缝棒和铜包套进行酸洗、组装,将30根NbTi/Cu单芯六方棒紧密排列在铜包套中,空隙用铜插棒填充实,填充率不小于98%,分别将上铜盖和下铜盖扣入组装完的铜包套套体的两端,然后进行真空电子束焊接盖封,焊接速度为100°/min、焊接电流为50mA,得到NbTi/Cu复合包套;将NbTi/Cu复合包套在挤压机上以20mm/s的速度进行挤压,反复以10m/min的速度进行拉伸、从Φ51.97mm经3道次扒皮,每道次扒皮厚度为0.08mm、扒皮总量为0.24mm,最后经4次时效热处理,每次时效热处理温度为400℃、时间为40h,可得铜比为0.92±0.02的NbTi/Cu超导线材。拉伸至Φ0.846mm时,Jc(5T4.2K)能够达到3000A/mm2。
实施例2
将铜比为0.60的NbTi/Cu单芯棒拉伸成型为高度为8mm的NbTi/Cu单芯六方棒,对单芯六方棒进行切断、矫直,矫直后NbTi/Cu单芯六方棒的不直度≤5/1000,切断的长度为700mm,得到多个NbTi/Cu单芯六方棒;加工铜包套,套体的外径为Φ248mm,壁厚为15mm、长度为740mm,上盖的总厚度为65.6mm,扣入筒体的厚度为25mm,下盖的总厚度为50mm,扣入筒体的厚度为15mm;用体积浓度为40%的硝酸对NbTi/Cu单芯六方棒、插缝棒和铜包套进行酸洗、组装,将146根NbTi/Cu单芯六方棒紧密排列在铜包套中,空隙用铜插棒填充实,填充率不小于98%,分别将上铜盖和下铜盖扣入组装完的铜包套套体的两端,然后进行真空电子束焊接盖封,焊接速度为150°/min、焊接电流为130mA,得到NbTi/Cu复合包套;将NbTi/Cu复合包套在挤压机上以40mm/s的速度进行挤压,反复以15m/min的速度进行拉伸、从Φ51.97mm经1道次扒皮,道次扒皮厚度为1.3mm,最后经2次时效热处理,每次时效热处理温度为450℃、时间为60h,可得铜比为1.18±0.02的NbTi/Cu超导线材。拉伸至Φ0.846mm时,Jc(5T4.2K)能够达到2900A/mm2。
实施例3
将铜比为0.40的NbTi/Cu单芯棒拉伸成型为高度为14.5mm的NbTi/Cu单芯六方棒,对单芯六方棒进行切断、矫直,矫直后NbTi/Cu单芯六方棒的不直度≤5/1000,切断的长度为1000mm,得到多个NbTi/Cu单芯六方棒;加工铜包套,套体的外径为Φ280mm,壁厚为20mm、长度为1020mm,上盖的总厚度为56.6mm,扣入筒体的厚度为15mm,下盖的总厚度为40mm,扣入筒体的厚度为5mm;用体积浓度为60%的硝酸对NbTi/Cu单芯六方棒、插缝棒和铜包套进行酸洗、组装,将280根NbTi/Cu单芯六方棒紧密排列在铜包套中,空隙用铜插棒填充实,填充率不小于98%,分别将上铜盖和下铜盖扣入组装完的铜包套套体的两端,然后进行真空电子束焊接盖封,焊接速度为170°/min、焊接电流为200mA,得到NbTi/Cu复合包套;将NbTi/Cu复合包套在挤压机上以60mm/s的速度进行挤压,反复以20m/min的速度进行拉伸、从Φ51.97mm经5道次扒皮,每道次扒皮厚度为0.03mm、扒皮总量为0.15mm,最后经6次时效热处理,每次时效热处理温度为300℃、时间为20h,可得铜比为0.76±0.02的NbTi/Cu超导线材。拉伸至Φ0.846mm时,Jc(5T4.2K)能够达到2850A/mm2。
本发明小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,通过减少单芯棒的铜比,增大NbTi/Cu单芯六方棒的高度,减薄铜包套的壁厚,控制NbTi/Cu复合棒的扒皮量,得到铜比小于1.2的NbTi/Cu超导线材,提高了超导线材性能的同时降低了成本。
Claims (10)
1.小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1:将铜比为0.40~0.60的NbTi/Cu单芯棒拉伸成型为高度8~30mm的NbTi/Cu单芯六方棒,对NbTi/Cu单芯六方棒进行切断并矫直,得到多个NbTi/Cu单芯六方棒;
步骤2:加工外径为Φ140~Φ280mm、壁厚为5~20mm、长度为420~1020mm的铜包套,并进行酸洗;
步骤3:将所述步骤1得到的多个NbTi/Cu单芯六方棒紧密排列在所述步骤2制得的铜包套中,NbTi/Cu单芯六方棒与铜包套之间的空隙用铜插棒填充,分别将上铜盖和下铜盖盖在铜包套套体两端,并进行真空电子束焊接盖封,得到NbTi/Cu复合包套;
步骤4:将所述步骤3得到的NbTi/Cu复合包套进行挤压、反复拉伸、多道次扒皮、每道次的扒皮厚度为0.03~1.3mm、多次时效热处理,得到小铜比的NbTi/Cu超导线材。
2.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤1中切断的长度为400~1000mm,矫直后的不直度≤5/1000。
3.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤2中铜包套包括套体(2)以及分别设置在套体(2)两端的上铜盖(1)和下铜盖(3),所述上铜盖(1)和下铜盖(3)均扣入套体(2)中。
4.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤2中酸洗使用体积浓度为10%~60%的硝酸。
5.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤3中NbTi/Cu单芯六方棒的根数为30~280根。
6.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤3中铜插棒填充的填充率不小于98%。
7.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤3中真空电子束焊接的速度为100~170°/min,焊接电流为50~200mA。
8.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤4中挤压的速度为20~60mm/s,拉伸的速度为10~20m/min。
9.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤4中扒皮的道次为1~5次。
10.如权利要求1所述的小铜比NbTi/Cu超导线材的加工方法,其特征在于,所述步骤4中时效热处理的次数为2~6次,每次时效热处理温度为300~450℃、时间为20~60h。
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