CN108091446A - 一种无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法。采用市售的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；将NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中进行助焊；将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅Sn(8％‑12％)Ag合金锡液并水冷和吹干；经镀锡后，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到100‑160℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在25％‑35％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性。水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
Description
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，涉及一种无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法。
背景技术
目前NbTi超导体主要应用于磁共振成像(MRI)、核磁共振(NMR)、实验室仪器、粒子加速器、电力、扫雷、矿石磁分离、磁悬浮列车、超导储能(SMES)等领域；传统NbTi/Cu多芯超导线的制备一般包括合金制备、合金棒加工、多芯复合体组合与加工、多芯超导线的热处理等工艺过程；由于加工过程复杂以及成本高等因素的影响，所制备的NbTi/Cu多芯超导线的铜比一般都控制在4以下；但对于有些领域如3T以下磁共振成像(MRI)系统，其所用的NbTi超导磁体需要很高的稳定性，而铜比则是影响其稳定性的主要因素之一；铜比越高，其稳定性越好。因此，制备铜比高于7:1的NbTi/Cu多芯超导线对于获得高稳定的NbTi超导磁体至关重要。目前全世界需使用NbTi超导线约3600吨，而其中高铜比超导线材所占比例约为80％，因此高铜比超导线材的制备和批量生产成为重中之重。
目前所有MRI磁体制造商均提出超导线材必须满足ROHS标准。RoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准，它的全称是《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(Restrictionof Hazardous Substances)。该标准已于2006年7月1日开始正式实施，主要用于规范电子电气产品的材料及工艺标准，使之更加有利于人体健康及环境保护。该标准的目的在于消除电器电子产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚(注意：PBDE正确的中文名称是指多溴二苯醚，多溴联苯醚是错误的说法)共6项物质，并重点规定了铅的含量不能超过0.1％。因此超导线材中杜绝含有以上有害物质。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜比大于7:1的无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，一方面，解决了高铜比NbTi/Cu超导线材成本偏高的问题；另一方面，避免了采用含铅焊料进行焊接时造成的铅污染等问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
步骤3，将步骤2)的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过定形模进行焊接，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
所述步骤2)无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇2-5％，工业用硝酸8-14％，羧酸AR1-3％，余量为蒸馏水。
所述步骤3)无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为8％-12％，锡液的加热温度为550-650℃。
所述步骤3)多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为200-300m/min。
所述步骤3)定形模采用带有感应加热的定形模具，定形模的温度为100-160℃。
本发明的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在25％-35％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性。水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
具体实施方式
实施例1：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇2％，工业用硝酸10％，羧酸AR3％，其余为蒸馏水；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为10％，锡液的加热温度为550℃，多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为250m/min，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到100℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在25％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
实施例2：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇5％，工业用硝酸12％，羧酸AR2％，其余为蒸馏水；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为10％，锡液的加热温度为600℃，多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为250m/min，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到130℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在30％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
实施例3：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇4％，工业用硝酸8％，羧酸AR1％，其余为蒸馏水；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为10％，锡液的加热温度为650℃，多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为250m/min，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到160℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在35％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
实施例4：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇3％，工业用硝酸11％，羧酸AR1.5％，其余为蒸馏水；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为10％，锡液的加热温度为650℃，多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为250m/min，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到160℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在35％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
实施例5：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇3％，工业用硝酸14％，羧酸AR2.5％，其余为蒸馏水；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为8％，锡液的加热温度为580℃，多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为300m/min，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到120℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在28％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
实施例6：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇2％，工业用硝酸9％，羧酸AR3％，其余为蒸馏水；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为12％，锡液的加热温度为620℃，多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为200m/min，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到140℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在32％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
实施例7：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1)制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇5％，工业用硝酸13％，羧酸AR2％，其余为蒸馏水；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为9％，锡液的加热温度为640℃，多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为280m/min，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过带有感应加热的定形模进行焊接，定形模温度需达到150℃，NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线进入定形模的加工率在34％，从而有效保证NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线的良好焊接性，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
Claims (5)
1.一种无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤1，取市售低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；
步骤2，将步骤1中制备的NbTi/Cu多芯超导圆线和高纯无氧铜槽线在线浸泡在无铅助焊剂中；
步骤3，将步骤2中的NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线同时通过无铅锡液并水冷和吹干，经镀锡后，将NbTi/Cu多芯超导圆线和铜槽线通过定形模进行焊接，水冷后获得铜比大于7：1的无铅NbTi/Cu超导线材。
2.根据权利要求1所述的无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于：所述步骤2)无铅助焊剂按质量百分比含异丙醇2-5％，工业用硝酸8-14％，羧酸AR1-3％，余量为蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于：所述步骤3)无铅锡液为SnAg合金，其中Ag的质量百分比为8％-12％，锡液的加热温度为550-650℃。
4.根据权利要求1所述的无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于：所述步骤3)多芯超导圆线和铜槽线通过无铅锡液的速度为200-300m/min。
5.根据权利要求1所述的无铅焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于：所述步骤3)定形模采用带有感应加热的定形模具，定形模的温度为100-160℃。
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