CN110556214A - 一种Nb3Sn股线预热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Nb3Sn股线预热处理方法，包括：将Nb3Sn股线加热到180～400℃之间，恒温保持30～60分钟，停止加热后对Nb3Sn股线截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面，检测股线横截面的SnCu中间相面积占比，当SnCu中间相在锡铜中心区面积占比达到20％以上，即完成预热处理加工。本发明对Nb3Sn股线进行预热处理，促使生成SnCu中间相，提高了股线中心强度，进而增强Nb3Sn股线在绞缆过程中的变形抗力，增强Nb3Sn股线的绞缆性能，同时，抑制了外力作用下引发的断裂力学行为，防止了Nb3Sn股线断裂，有效提高Nb3Sn股线的绞缆可靠性。

Description

一种Nb3Sn股线预热处理方法
技术领域
本发明属于超导材料加工方法技术领域，具体涉及一种Nb3Sn股线的预热处理方法。
背景技术
高性能Nb3Sn超导线材是制造大型粒子加速器的重要材料，目前国际上在各个科学工程中批量交付使用的高性能Nb3Sn超导线材的Jc在12T，4.2K条件下可以达到2000A/mm2以上。高性能Nb3Sn超导缆线的绞制与普通铜电缆的绞制方法类似，通过多级扭绞而成，但由于铜基Nb3Sn超导股线本身由Cu、Nb、Sn等塑性较好的材料加工制备而成，在绞缆过程中对形变十分敏感，特别是绞缆张力，横向变形量等参数，过大载荷和横向变形量很容易在绞缆过程中产生较大塑性变形，直接导致股线临界性能降低。同时，对Nb3Sn超导股线中芯丝断裂行为的研究发现，在Nb3Sn超导股线复合材料中，不同区域分布着许多微小裂纹或孔洞，当有外力作用后，会导致这些微小裂纹彼此相连，从而引起股线破裂等复杂的断裂力学行为。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Nb3Sn股线的预热处理方法，解决了现有绞缆方法导致绞缆过程中Nb3Sn股线产生较大塑性变形，直接导致股线临界性能降低甚至引发股线破裂的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种Nb3Sn股线预热处理方法，所述Nb3Sn股线的横截面由内向外分别由锡铜中心区和Nb芯丝区两部分组成，锡铜中心区由Sn合金区及环绕Sn合金区的Cu基材区组成，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：将Nb3Sn股线加热，恒温保持30～60分钟，在锡铜中心区产生SnCu中间相；
步骤2：停止加热，将步骤1中热处理完的Nb3Sn股线横向截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面；
步骤3：检测步骤2中获得的股线横截面的SnCu中间相面积占比，如果SnCu中间相在锡铜中心区占比达到20％以上，即完成预热处理加工。如果SnCu中间相在锡铜中心区占比小于20％，则继续步骤1。
优选的，所述步骤1中加热温度在180～400℃之间。
优选的，所述步骤3中完成预热处理加工后，股线横截面的SnCu中间相在锡铜中心区面积占比为20％～50％。
本发明的有益效果是：一种Nb3Sn股线的预热处理方法，对Nb3Sn股线进行预热处理，促使导线中生成一定量的SnCu中间相，有效地提高了股线中心强度，进而增强Nb3Sn股线在绞缆过程中的变形抗力，增强Nb3Sn股线的绞缆性能，同时，SnCu中间相的产生也一定程度上较少了股线存在的微小裂纹或孔洞，抑制了外力作用下引发的断裂力学行为，防止了Nb3Sn股线断裂，有效提高Nb3Sn股线的绞缆可靠性。
附图说明
图1是本发明Nb3Sn股线截面图；
其中1.Nb芯丝区，2.Cu基材区，3.Sn合金区。
图2是生成SnCu中间相的股线横截面示意图；
其中4.锡铜中心区，5.SnCu中间相。
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。
实施例1
一种Nb3Sn股线预热处理方法，所述Nb3Sn股线的横截面由内向外分别由锡铜中心区4和Nb芯丝区1两部分组成，锡铜中心区4由Sn合金区3及环绕Sn合金区3的Cu基材区2组成，具体包括以下步骤：
步骤1：将直径0.8mm的Nb3Sn股线复绕到钢线轮上，放置真空热处理炉中加热到180℃，恒温保持30分钟，在锡铜中心区4产生SnCu中间相5；
步骤2：停止加热，将步骤1中热处理完的Nb3Sn股线横向截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面；
步骤3：检测步骤2中获得的股线横截面的SnCu中间相5面积占比，测得面积占比为7％，SnCu中间相5在锡铜中心区4占比小于20％，继续步骤1再次热处理后，测得面积占比为28％，达到20％以上，完成预热处理加工。
实施例2
一种Nb3Sn股线预热处理方法，所述Nb3Sn股线的横截面由内向外分别由锡铜中心区4和Nb芯丝区1两部分组成，锡铜中心区4由Sn合金区3及环绕Sn合金区3的Cu基材区2组成，具体包括以下步骤：
步骤1：将直径0.8mm的Nb3Sn股线复绕到钢线轮上，放置真空热处理炉中加热到180℃，恒温保持60分钟，在锡铜中心区4产生SnCu中间相5；
步骤2：停止加热，将步骤1中热处理完的Nb3Sn股线横向截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面；
步骤3：检测步骤2中获得的股线横截面的SnCu中间相5面积占比，测得面积占比为32％，SnCu中间相5在锡铜中心区4占比达到20％以上，完成预热处理加工。
实施例3
一种Nb3Sn股线预热处理方法，所述Nb3Sn股线的横截面由内向外分别由锡铜中心区4和Nb芯丝区1两部分组成，锡铜中心区4由Sn合金区3及环绕Sn合金区3的Cu基材区2组成，具体包括以下步骤：
步骤1：将直径0.6mm的Nb3Sn股线复绕到钢线轮上，放置真空热处理炉中加热到400℃，恒温保持30分钟，在锡铜中心区4产生SnCu中间相5；
步骤2：停止加热，将步骤1中热处理完的Nb3Sn股线横向截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面；
步骤3：检测步骤2中获得的股线横截面的SnCu中间相5面积占比，测得面积占比为38％，SnCu中间相5在锡铜中心区4占比达到20％以上，完成预热处理加工。
实施例4
一种Nb3Sn股线预热处理方法，所述Nb3Sn股线的横截面由内向外分别由锡铜中心区4和Nb芯丝区1两部分组成，锡铜中心区4由Sn合金区3及环绕Sn合金区3的Cu基材区2组成，具体包括以下步骤：
步骤1：将直径0.6mm的Nb3Sn股线复绕到钢线轮上，放置真空热处理炉中加热到400℃，恒温保持60分钟，在锡铜中心区4产生SnCu中间相5；
步骤2：停止加热，将步骤1中热处理完的Nb3Sn股线横向截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面；
步骤3：检测步骤2中获得的股线横截面的SnCu中间相5面积占比，测得面积占比为50％，SnCu中间相5在锡铜中心区4占比达到20％以上，完成预热处理加工。
实施例5
一种Nb3Sn股线预热处理方法，所述Nb3Sn股线的横截面由内向外分别由锡铜中心区4和Nb芯丝区1两部分组成，锡铜中心区4由Sn合金区3及环绕Sn合金区3的Cu基材区2组成，具体包括以下步骤：
步骤1：将直径1.3mm的Nb3Sn股线复绕到钢线轮上，放置真空热处理炉中加热到370℃，恒温保持45分钟，在锡铜中心区4产生SnCu中间相5；
步骤2：停止加热，将步骤1中热处理完的Nb3Sn股线横向截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面；
步骤3：检测步骤2中获得的股线横截面的SnCu中间相5面积占比，测得面积占比为5％，SnCu中间相5在锡铜中心区4占比小于20％，继续步骤1再次热处理后，测得面积占比为11％，SnCu中间相5在锡铜中心区4占比小于20％，继续步骤1再次热处理后，测得面积占比为20％，达到20％以上，完成预热处理加工。

Claims (3)

1.一种Nb3Sn股线预热处理方法，所述Nb3Sn股线的横截面由内向外分别由锡铜中心区和Nb芯丝区两部分组成，锡铜中心区由Sn合金区及环绕Sn合金区的Cu基材区组成，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：将Nb3Sn股线加热，恒温保持30～60分钟，在锡铜中心区产生SnCu中间相；
步骤2：停止加热，将步骤1中热处理完的Nb3Sn股线横向截取试样，通过树脂镶嵌，打磨抛光后获得股线横截面；
步骤3：检测步骤2中获得的股线横截面的SnCu中间相面积占比，如果SnCu中间相在锡铜中心区占比达到20％以上，即完成预热处理加工。如果SnCu中间相在锡铜中心区占比小于20％，则继续步骤1。
2.如权利要求1所述的一种Nb3Sn股线预热处理方法，其特征在于，所述步骤1中加热温度在180～400℃之间。
3.如权利要求1或2所述的一种Nb3Sn股线预热处理方法，其特征在于，所述步骤3中完成预热处理加工后，股线横截面的SnCu中间相在锡铜中心区面积占比为20％～50％。
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