CN109536907A - 一种高强度强立方织构层状复合基带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种强度强立方织构层状复合基带的制备方法，包括步骤：(1)合金熔炼及热轧:连铸获得钨原子百分含量为12～14％镍钨合金铸锭，厚度500～700mm，粗轧至50～70mm厚，工艺：1290℃保温20分钟，5道次，在1250℃保温20min精轧至12mm厚，3道次，最后一道次后立即水淬；(2)热轧板的冷轧:将表面打磨去氧化皮后冷轧，至90～100μm厚；(3)合金薄膜的沉积:在带材表面磁控溅射沉积30nm厚Ti‑V‑Cr‑Zr合金薄膜，每种元素原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，在该薄膜表面磁控溅射沉积Cu‑Ni‑W合金薄膜，Ni原子百分含量为35％，W原子百分含量为1～3％，厚度10～30nm，两种薄膜均单面沉积；(4)合金薄膜的热处理：复合带材热处理工艺：到温入炉退火方式，1200℃保温1～3min，纯氢气退火。本发明获得了高强度的层状复合基带。

Description

一种高强度强立方织构层状复合基带及其制备方法
技术领域
本发明涉及强化高温涂层超导体用织构金属基带，尤其涉及强度织构复合基带及其制备方法。
背景技术
制备具有高强度和无铁磁性的双轴织构金属基带是获得高性能涂层超导带材的基础。
在具有强立方织构的金属基带上外延沉积过渡层及超导层是涂层超导带材的制备路线之一。目前，Ni-W合金基带是研究最多的合金材料，其中Ni-5at.％W合金基带容易获得强立方织构，但是其屈服强度较低，且具有铁磁性能，尽管目前已经商业化生产，但是仍然不能满足更多应用领域的要求。W原子含量增加可以降低铁磁性，提高其力学性能，但是立方织构难以形成，通过冷轧期间加入多次回复退火或采用温轧可以在Ni-9at.％W合金基带中形成强立方织构，但是冷轧间多道次退火增加了生产成本，效率较低，温轧也难以实现工业化生产。因此，从制备成本出发，具有高强度、无铁磁性及强立方织构特点的金属基带对涂层超导带材的研究具有重要的意义。
发明内容
本发明目的之一是提供一种高性能的织构金属基带，以提高金属基带的强度，获得无铁磁性和强立方织构。
本发明另一目的是提供一种用于制备高性能的织构金属基带方法，以提高金属基带的强度，获得无铁磁性和强立方织构。
为此，本发明提供一种高强度强立方织构层状复合基带，包括带材基体和均为单面沉积的两层合金薄膜，其中，所述带材基体的厚度90～100μm，所述两层合金薄膜中的一层合金薄膜是以磁控溅射的方法沉积在所述带材基体单面上的30nm厚的Ti-V-Cr-Zr合金薄膜，该Ti-V-Cr-Zr合金薄膜的每种元素的原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，所述两层合金薄膜中的另一层合金薄膜是以磁控溅射的方法沉积在所述Ti-V-Cr-Zr合金薄膜上的Cu-Ni-W合金薄膜，在该Cu-Ni-W合金薄膜中Ni的原子百分含量为35％，W的原子百分含量为1～3％，厚度为10～30nm。
另一方面，本发明提供一种强度强立方织构层状复合基带的制备方法，包括以下步骤：(1)合金熔炼及热轧:采用连铸技术获得钨原子百分含量为12～14％镍钨合金铸锭，厚度为500～700mm，然后直接进行粗轧至50～70mm厚，工艺为：1290℃保温20分钟，轧制道次为5道次，然后在1250℃保温20min进行精轧至12mm厚，轧制道次为3道次，最后一道次热轧后立即水淬获得热轧板；(2)热轧板的冷轧:将上述热轧板表面打磨去氧化皮后进行冷轧，最终冷轧至90～100μm厚，得到冷轧带材；(3)合金薄膜的沉积:在上述冷轧带材表面采用磁控溅射的方法沉积30nm厚的合金薄膜，该合金薄膜的成分为Ti-V-Cr-Zr，每种元素的原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，然后在Ti-V-Cr-Zr合金薄膜表面采用磁控溅射的方法沉积Cu-Ni-W合金薄膜，其中Ni的原子百分含量为35％，W的原子百分含量为1～3％，厚度为10～30nm，两种薄膜均为单面沉积，获得具有多层薄膜结构的复合带材；以及，(4)合金薄膜的热处理：将上述复合带材进行热处理，工艺为：到温入炉的退火方式，在1200℃保温1～3min，退火气氛为纯氢气，最终获得高性能的复合基带。
作为优选方式，在步骤(1)中，采用连铸技术获得钨原子百分含量为12～％镍钨合金铸锭，厚度为600mm，然后直接进行粗轧至60mm厚。
作为优选方式，在步骤(2)中，最终冷轧至95μm厚。
作为优选方式，在步骤(3)中，所述Cu-Ni-W合金薄膜中W的原子百分含量为1％，厚度为30nm。
作为优选方式，在步骤(4)中，在进行所述热处理时为在1200℃保温2min。
与现有技术相比，本发明以Ni-12at.％W合金为基底材料，其强度较高，然后沉积一层Ti-V-Cr-Zr合金薄膜和一层Cu-35at.％Ni-3at.％W合金薄膜，其中Ti-V-Cr-Zr合金薄膜可以有效阻碍外层薄膜和基底之间的扩散，并能促进外层薄膜中形成强立方织构，在后续热处理过程中，通过高温快速热处理可以在Cu-35at.％Ni-3at.％W合金薄膜中获得强立方织构，并且薄膜的晶粒尺寸均匀细小，基底强度高，为外延生长过渡层和超导层提高了条件。由此，本发明获得了高强度的金属基带。
附图说明
下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。
图1是本发明实施例1中基带的{001}面极图。
图2是本发明实施例2中基带的{001}面极图。
具体实施方式
下面将描述本发明的高强度强立方织构层状复合基带及其制备方法的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本发明的一种高强度强立方织构层状复合基带包括带材基体和均为单面沉积的两层合金薄膜，其中，所述带材基体的厚度90～100μm，所述两层合金薄膜中的一层合金薄膜是以磁控溅射的方法沉积在所述带材基体单面上的30nm厚的Ti-V-Cr-Zr合金薄膜，该Ti-V-Cr-Zr合金薄膜的每种元素的原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，所述两层合金薄膜中的另一层合金薄膜是以磁控溅射的方法沉积在所述Ti-V-Cr-Zr合金薄膜上的Cu-Ni-W合金薄膜，在该Cu-Ni-W合金薄膜中Ni的原子百分含量为35％，W的原子百分含量为1～3％，厚度为10～30nm。
下面描述本发明的方法实施例。
方法实施例1
本发明方法实施例1的制备方法的步骤如下：
(1)合金熔炼及热轧
采用连铸技术获得钨原子百分含量为12％镍钨合金铸锭，厚度为600mm，然后直接进行粗轧至60mm厚，工艺为：1290℃保温20分钟，轧制道次为5道次，然后在1250℃保温20min进行精轧至12mm厚，轧制道次为3道次，最后一道次热轧后立即水淬获得热轧板；
(2)热轧板的冷轧
将上述热轧板表面打磨去氧化皮后进行冷轧，最终冷轧至95μm厚，得到冷轧带材；
(3)合金薄膜的沉积
在上述冷轧带材表面采用磁控溅射的方法沉积30nm厚的合金薄膜，该合金薄膜的成分为Ti-V-Cr-Zr，每种元素的原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，然后在Ti-V-Cr-Zr合金薄膜表面采用磁控溅射的方法沉积Cu-Ni-W合金薄膜，其中Ni的原子百分含量为35％，W的原子百分含量为1％，厚度为30nm，两种薄膜均为单面沉积，获得具有多层薄膜结构的复合带材；以及
(4)合金薄膜的热处理
将上述复合带材进行热处理，工艺为：到温入炉的退火方式，在1200℃保温2min，退火气氛为纯氢气，最终获得高性能的复合基带。
本实施例制备的该合金基带表面的{001}面极图如图1所示，该基带在室温下的屈服强度为750MPa，明显高于Ni-5at.％W合金基带的屈服强度。
方法实施例2
本发明实施例2的制备方法的步骤如下：
(1)合金熔炼及热轧
采用连铸技术获得钨原子百分含量为12％镍钨合金铸锭，厚度为600mm，然后直接进行粗轧至60mm厚，工艺为：1290℃保温20分钟，轧制道次为5道次，然后在1250℃保温20min进行精轧至12mm厚，轧制道次为3道次，最后一道次热轧后立即水淬获得热轧板；
(2)热轧板的冷轧
将上述热轧板表面打磨去氧化皮后进行冷轧，最终冷轧至95μm厚，得到冷轧带材；
(3)合金薄膜的沉积
在上述冷轧带材表面采用磁控溅射的方法沉积30nm厚的合金薄膜，该合金薄膜的成分为Ti-V-Cr-Zr，每种元素的原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，然后在Ti-V-Cr-Zr合金薄膜表面采用磁控溅射的方法沉积Cu-Ni-W合金薄膜，其中Ni的原子百分含量为35％，W的原子百分含量为2％，厚度为20nm，两种薄膜均为单面沉积，获得具有多层薄膜结构的复合带材；以及
(4)合金薄膜的热处理
将上述复合带材进行热处理，工艺为：到温入炉的退火方式，在1200℃保温3min，退火气氛为纯氢气，最终获得高性能的复合基带。
本实施例制备的该合金基带表面的{001}面极图如图2所示，该基带在室温下的屈服强度为720MPa，明显高于Ni-5at.％W合金基带的屈服强度。
以上实施例仅是为了说明本发明的构思而选用的特定的具体实施方式，在这些实施例中，特定的工艺虽然是本发明的特定方案的组成部分，但是在特定工艺中的具体参数只是优选的，并不一定构成为对本发明范围的限制。下面分步骤说明本发明的强立方织构层状复合基带的制备方法的一些工艺参数的优选范围。
步骤1：合金熔炼及热轧
采用连铸技术获得钨原子百分含量可以为12～14％镍钨合金铸锭，例如12％、13％等，厚度可以为500～700mm，然后直接粗轧至的厚度可以为50～70mm。
步骤2：热轧板的冷轧
最终冷轧至的厚度可以为90～100μm，例如92、95、98μm等。
步骤3：合金薄膜的沉积
Cu-Ni-W合金薄膜中W的原子百分含量可以为1～3％，厚度可以为10～30nm。
步骤4：合金薄膜的热处理
进行热处理时，可以在1200℃保温1～3min。
需要说明的是：本发明的制备方法中包含对于工艺的具体限定，这些具体工艺是本发明为得到高性能的复合基带而做出的特殊限定，是发明人通过艰苦的研发而确定的制备步骤。具体工艺能够使复合基带具备不同的性能。本发明的总体方案是实现本发明目的之基础，而这些具体工艺是实现本发明目的之重要保证。
本发明采用特定的工艺，以Ni-12at.％W合金为基底材料，其强度较高，然后沉积一层Ti-V-Cr-Zr合金薄膜和一层Cu-35at.％Ni-3at.％W合金薄膜，其中Ti-V-Cr-Zr合金薄膜可以有效阻碍外层薄膜和基底之间的扩散，并能促进外层薄膜中形成强立方织构，在后续热处理过程中，通过高温快速热处理可以在Cu-35at.％Ni-3at.％W合金薄膜中获得强立方织构，并且薄膜的晶粒尺寸均匀细小，基底强度高，为外延生长过渡层和超导层提高了条件。
由此，本发明提供一种新的制备高强度强立方织构层状复合基带及其制备方法，解决了现有技术所存在的技术障碍，为获得无铁磁性织构复合基带找到了新的途径。
以上对本发明的高强度强立方织构层状复合基带及其制备方法的实施方式进行了说明。对于本发明的高强度强立方织构层状复合基带及其制备方法的具体特征如具体的工艺参数可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (6)

1.一种高强度强立方织构层状复合基带，包括带材基体和均为单面沉积的两层合金薄膜，其中，所述带材基体的厚度90～100μm，所述两层合金薄膜中的一层合金薄膜是以磁控溅射的方法沉积在所述带材基体单面上的30nm厚的Ti-V-Cr-Zr合金薄膜，该Ti-V-Cr-Zr合金薄膜的每种元素的原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，所述两层合金薄膜中的另一层合金薄膜是以磁控溅射的方法沉积在所述Ti-V-Cr-Zr合金薄膜上的Cu-Ni-W合金薄膜，在该Cu-Ni-W合金薄膜中Ni的原子百分含量为35％，W的原子百分含量为1～3％，厚度为10～30nm。
2.一种根据权利要求1所述的高强度强立方织构层状复合基带的制备方法，包括以下步骤：
(1)合金熔炼及热轧
采用连铸技术获得钨原子百分含量为12～14％镍钨合金铸锭，厚度为500～700mm，然后直接进行粗轧至50～70mm厚，工艺为：1290℃保温20分钟，轧制道次为5道次，然后在1250℃保温20min进行精轧至12mm厚，轧制道次为3道次，最后一道次热轧后立即水淬获得热轧板；
(2)热轧板的冷轧
将上述热轧板表面打磨去氧化皮后进行冷轧，最终冷轧至90～100μm厚，得到冷轧带材；
(3)合金薄膜的沉积
在上述冷轧带材表面采用磁控溅射的方法沉积30nm厚的合金薄膜，该合金薄膜的成分为Ti-V-Cr-Zr，每种元素的原子百分含量均为25％，纯度均为99.9％以上，然后在Ti-V-Cr-Zr合金薄膜表面采用磁控溅射的方法沉积Cu-Ni-W合金薄膜，其中Ni的原子百分含量为35％，W的原子百分含量为1～3％，厚度为10～30nm，两种薄膜均为单面沉积，获得具有多层薄膜结构的复合带材；以及
(4)合金薄膜的热处理
将上述复合带材进行热处理，工艺为：到温入炉的退火方式，在1200℃保温1～3min，退火气氛为纯氢气，最终获得高性能的复合基带。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，采用连铸技术获得钨原子百分含量为12～％镍钨合金铸锭，厚度为600mm，然后直接进行粗轧至60mm厚。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，最终冷轧至95μm厚。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，所述Cu-Ni-W合金薄膜中W的原子百分含量为1％，厚度为30nm。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤(4)中，在进行所述热处理时为在1200℃保温2min。
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