CN111952008A - 一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法 - Google Patents

一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法 Download PDF

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Abstract

一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，包括：S1、将NbTi粉末和纯Ti粉末或者纯Nb粉末进行混合并均匀搅拌；S2、NbTi/Ti粉末或者NbTi/Nb粉末装入多孔无氧铜锭中，再将多孔无氧铜锭装入不锈钢包套中，并进行整体除气；S3、将包套进行热等静压，通过车削去掉不锈钢包套获得含有纯Ti或纯Nb且颗粒均匀分布的NbTi/Cu多芯复合锭；S4、将步骤S3得到的NbTi/Cu多芯复合锭加热保温后进行挤压，获得NbTi/Cu多芯挤压棒；S5、将步骤S4得到的NbTi/Cu多芯挤压棒在拉伸机上进行多道次拉拔，制得NbTi/Cu超导线材。本发明提出了一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，解决了现有方法制备NbTi/Cu超导线材在组装时需增加阻隔层的问题，简化了NbTi/Cu超导线材的加工工艺，大大降低了NbTi/Cu超导线材的制造成本。

Description

一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法
技术领域
本发明属于超导材料加工方法技术领域，尤其涉及一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法。
背景技术
为了获得大量、弥散分布的α-Ti沉淀相和多种钉扎中心，提高NbTi/Cu超导线材的临界电流密度，传统的NbTi/Cu复合线需要采用多次时效热处理和多道次冷拉拔相结合的加工工艺。而为了防止时效热处理过程中Ti元素与无氧铜基体发生反应，NbTi/Cu单芯棒组装时将NbTi合金和无氧铜管之间增加阻隔层，这些因素导致了NbTi/Cu超导线材加工过程工序繁琐，加工成本高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，解决了现有方法制备NbTi/Cu超导线材在组装时需增加阻隔层的问题，简化了NbTi/Cu超导线材的加工工艺，大大降低了NbTi/Cu超导线材的制造成本，具有广阔的应用前景。
本发明提供的具体解决方案包括如下步骤：
S1、将NbTi粉末和纯Ti粉末或者纯Nb粉末进行混合并均匀搅拌；
S2、将步骤S1制得的NbTi/Ti粉末或者NbTi/Nb粉末装入多孔无氧铜锭中，再将多孔无氧铜锭装入不锈钢包套中，并进行整体除气；
S3、将步骤S2获得的包套进行热等静压，通过车削去掉钢包套，获得含有纯Ti或纯Nb且颗粒均匀分布的NbTi/Cu多芯复合锭；
S4、将步骤S3得到的NbTi/Cu多芯复合锭加热保温后进行挤压，获得NbTi/Cu多芯挤压棒；
S5、将步骤S4得到的NbTi/Cu多芯挤压棒在拉伸机上进行多道次拉拔，制得NbTi/Cu超导线材。
可选地，所述步骤S1中NbTi粉末尺寸为10μm～50μm，纯Ti或者纯Nb粉末尺寸为1μm～5μm，纯Ti或纯Nb粉末占混合物重量比例的20％～30％。
可选地，所述步骤S2中不锈钢包套的外径为Φ250mm～Φ300mm，不锈钢包套的壁厚为10mm～20mm，不锈钢包套内的填充系数为95％～98％，多孔无氧铜锭的孔数为6～100。
可选地，所述步骤S2中除气过程在真空条件下完成，真空度在1×10-7Pa以上，保温温度为400℃～600℃，保温时间为8h～10h。
可选地，所述步骤S3中热等静压加热温度为1000℃～1200℃，保温时间为4h～6h，载荷为160MPa～180MPa。
可选地，所述步骤S4具体包括：将NbTi/Cu单芯锭在600℃～800℃下保温60min～300min后进行挤压，挤压比为6～15，挤压速度为40mm/s～60mm/s，并选用玻璃丝布作为NbTi/Cu锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ60mm～Φ80mm的NbTi/Cu多芯挤压棒。
可选地，所述步骤S5中多道次拉拔的加工率为(5～20)％/道次，采用单模拉丝机拉伸时，直径范围为25～80mm，拉拔速度为10m/min～20m/min；采用双模拉丝机拉伸，直径范围为10～25mm，拉拔速度为40m/min～60m/min；采用十八摸中型拉丝机拉伸时，直径范围为3～10mm，拉拔速度为100m/min～150m/min；采用十八模小型拉伸机拉伸，直径范围为0.3～3mm，拉拔速度为200m/min～300m/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的目的在于提供一种粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，解决了现有方法制备NbTi/Cu超导线材在组装时需增加阻隔层，在二次组装后仍需要采用多次时效热处理的加工工艺，可以有效保证超导线材临界电流密度的同时，简化了NbTi/Cu超导线材的加工工艺，大大降低了NbTi/Cu超导线材的制造成本，具有广阔的应用前景。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的步骤S2中套管的结构图；
其中：1、不锈钢包套；2、多孔无氧铜包套；3、NbTi/Ti或NbTi/Nb的混合粉末；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法做进一步详细描述，如图1所示，其方法包括以下步骤：
S1、将NbTi粉末和纯Ti粉末或者纯Nb粉末进行混合并均匀搅拌，其中，NbTi粉末尺寸为10μm～50μm，纯Ti或者纯Nb粉末尺寸为1μm～5μm，纯Ti或纯Nb粉末占混合物重量比例的20％～30％；
S2、将步骤S1制得的NbTi/Ti粉末或者NbTi/Nb粉末装入多孔无氧铜锭中，再将多孔无氧铜锭装入不锈钢包套中，并进行整体除气，除气过程在真空条件下完成，真空度在1×10-7Pa以上，保温温度为400℃～600℃，保温时间为8h～10h，不锈钢包套的外径为Φ250mm～Φ300mm，不锈钢包套的壁厚为10mm～20mm，不锈钢包套内的填充系数为95％～98％，多孔无氧铜锭的孔数为6～100；
S3、将步骤S2获得的包套进行热等静压，通过车削去掉钢包套获得含有纯Ti或纯Nb且颗粒均匀分布的NbTi/Cu多芯复合锭，热等静压加热温度为1000℃～1200℃，保温时间为4h～6h，载荷为160MPa～180MPa；
S4、将步骤S3得到的NbTi/Cu多芯复合锭在600℃～800℃下保温60min～300min后进行挤压，挤压比为6～15，挤压速度为40mm/s～60mm/s，并选用玻璃丝布作为NbTi/Cu锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ60mm～Φ80mm的NbTi/Cu多芯挤压棒；
S5、将步骤S4得到的NbTi/Cu多芯挤压棒在拉伸机上进行多道次拉拔，制得NbTi/Cu超导线材，多道次拉拔的加工率为(5～20)％/道次，采用单模拉丝机拉伸时，直径范围为25～80mm，拉拔速度为10m/min～20m/min；采用双模拉丝机拉伸，直径范围为10～25mm，拉拔速度为40m/min～60m/min；采用十八摸中型拉丝机拉伸时，直径范围为3～10mm，拉拔速度为100m/min～150m/min；采用十八模小型拉伸机拉伸，直径范围为0.3～3mm，拉拔速度为200m/min～300m/min。
下面结合具体的工艺处理过程进行说明：
实施例1：
S1、将NbTi粉末和纯Nb粉末进行混合并均匀搅拌，其中，NbTi粉末尺寸为20μm，重量为150Kg，纯Nb粉末尺寸为2μm，重量为50Kg，纯Nb粉末占混合物重量比例的25％；
S2、将步骤S1制得的NbTi/Nb粉末装入多孔无氧铜锭中，再将多孔无氧铜锭装入不锈钢包套中，并进行整体除气，除气过程在真空条件下完成，真空度在3×10-7Pa以上，保温温度为500℃，保温时间为8h，不锈钢包套的外径为Φ300mm，不锈钢包套的壁厚为20mm，不锈钢包套内的填充系数为96.8％，多孔无氧铜锭的孔数为10；
S3、将步骤S2获得的包套进行热等静压，通过车削去掉钢包套获得含有纯Nb且颗粒均匀分布的NbTi/Cu多芯复合锭，热等静压加热温度为1000℃，保温时间为5h，载荷为165MPa；
S4、将步骤S3得到的NbTi/Cu多芯复合锭在650℃下保温240min后进行挤压，挤压比为11，挤压速度为40mm/s，并选用玻璃丝布作为NbTi/Cu锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ75mm的NbTi/Cu多芯挤压棒；
S5、将步骤S4得到的NbTi/Cu多芯挤压棒在拉伸机上进行多道次拉拔，制得NbTi/Cu超导线材，多道次拉拔的加工率为(5～20)％/道次，采用单模拉丝机拉伸时，直径范围为25～80mm，拉拔速度为10m/min～20m/min；采用双模拉丝机拉伸，直径范围为10～25mm，拉拔速度为40m/min～60m/min；采用十八摸中型拉丝机拉伸时，直径范围为3～10mm，拉拔速度为100m/min～150m/min；采用十八模小型拉伸机拉伸，直径为0.5mm，拉拔速度为200m/min～300m/min。
实施例2：
S1、将NbTi粉末和纯Nb粉末进行混合并均匀搅拌，其中，NbTi粉末尺寸为50μm，重量为160Kg，纯Nb粉末尺寸为5μm，重量为40Kg，纯Nb粉末占混合物重量比例的20％；
S2、将步骤S1制得的NbTi/Ti粉末或者NbTi/Nb粉末装入多孔无氧铜锭中，再将多孔无氧铜锭装入不锈钢包套中，并进行整体除气，除气过程在真空条件下完成，真空度在3×10-7Pa以上，保温温度为500℃，保温时间为8h，不锈钢包套的外径为Φ300mm，不锈钢包套的壁厚为20mm，不锈钢包套内的填充系数为96.8％，多孔无氧铜锭的孔数为36；
S3、将步骤S2获得的包套进行热等静压，通过车削去掉钢包套获得含有纯Nb且颗粒均匀分布的NbTi/Cu多芯复合锭，热等静压加热温度为1000℃，保温时间为5h，载荷为165MPa；
S4、将步骤S3得到的NbTi/Cu多芯复合锭在650℃下保温240min后进行挤压，挤压比为11，挤压速度为50mm/s，并选用玻璃丝布作为NbTi/Cu锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ75mm的NbTi/Cu多芯挤压棒；
S5、将步骤S4得到的NbTi/Cu多芯挤压棒在拉伸机上进行多道次拉拔，制得NbTi/Cu超导线材，多道次拉拔的加工率为(5～20)％/道次，采用单模拉丝机拉伸时，直径范围为25～80mm，拉拔速度为10m/min～20m/min；采用双模拉丝机拉伸，直径范围为10～25mm，拉拔速度为40m/min～60m/min；采用十八摸中型拉丝机拉伸时，直径范围为3～10mm，拉拔速度为100m/min～150m/min；采用十八模小型拉伸机拉伸，直径为0.8mm，拉拔速度为200m/min～300m/min。
实施例3：
S1、将NbTi粉末和纯Nb粉末进行混合并均匀搅拌，其中，NbTi粉末尺寸为10μm，重量为140Kg，纯Nb粉末尺寸为1μm，重量为60Kg，纯Nb粉末占混合物重量比例的30％；
S2、将步骤S1制得的NbTi/Ti粉末或者NbTi/Nb粉末装入多孔无氧铜锭中，再将多孔无氧铜锭装入不锈钢包套中，并进行整体除气，除气过程在真空条件下完成，真空度在3×10-7Pa以上，保温温度为500℃，保温时间为8h，不锈钢包套的外径为Φ300mm，不锈钢包套的壁厚为20mm，不锈钢包套内的填充系数为96.8％，多孔无氧铜锭的孔数为84；
S3、将步骤S2获得的包套进行热等静压，通过车削去掉钢包套获得含有纯Nb且颗粒均匀分布的NbTi/Cu多芯复合锭，热等静压加热温度为1000℃，保温时间为5h，载荷为165MPa；
S4、将步骤S3得到的NbTi/Cu多芯复合锭在650℃下保温240min后进行挤压，挤压比为11，挤压速度为60mm/s，并选用玻璃丝布作为NbTi/Cu锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ75mm的NbTi/Cu多芯挤压棒；
S5、将步骤S4得到的NbTi/Cu多芯挤压棒在拉伸机上进行多道次拉拔，制得NbTi/Cu超导线材，多道次拉拔的加工率为(5～20)％/道次，采用单模拉丝机拉伸时，直径范围为25～80mm，拉拔速度为10m/min～20m/min；采用双模拉丝机拉伸，直径范围为10～25mm，拉拔速度为40m/min～60m/min；采用十八摸中型拉丝机拉伸时，直径范围为3～10mm，拉拔速度为100m/min～150m/min；采用十八模小型拉伸机拉伸，直径为1.2mm，拉拔速度为200m/min～300m/min。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权力要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、将NbTi粉末和纯Ti粉末或者纯Nb粉末进行混合并均匀搅拌；
S2、将步骤S1制得的NbTi/Ti粉末或者NbTi/Nb粉末装入多孔无氧铜锭中，再将多孔无氧铜锭装入不锈钢包套中，并进行整体除气；
S3、将步骤S2获得的包套进行热等静压，通过车削去掉不锈钢包套，获得含有纯Ti或纯Nb且颗粒均匀分布的NbTi/Cu多芯复合锭；
S4、将步骤S3得到的NbTi/Cu多芯复合锭加热保温后进行挤压，获得NbTi/Cu多芯挤压棒；
S5、将步骤S4得到的NbTi/Cu多芯挤压棒在拉伸机上进行多道次拉拔，制得NbTi/Cu超导线材。
2.根据权利要求1所述的一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于，所述步骤S1中NbTi粉末尺寸为10μm～50μm，纯Ti或者纯Nb粉末尺寸为1μm～5μm，纯Ti或纯Nb粉末占混合物重量比例的20％～30％。
3.根据权利要求1所述的一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于，所述步骤S2中不锈钢包套的外径为Φ250mm～Φ300mm，不锈钢包套的壁厚为10mm～20mm，不锈钢包套内的填充系数为95％～98％，多孔无氧铜锭的孔数为6～100。
4.根据权利要求1所述的一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于，所述步骤S2中除气过程在真空条件下完成，真空度在1×10-7Pa以上，保温温度为400℃～600℃，保温时间为8h～10h。
5.根据权利要求1所述的一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于，所述步骤S3中热等静压加热温度为1000℃～1200℃，保温时间为4h～6h，载荷为160MPa～180MPa。
6.根据权利要求1所述的一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：将NbTi/Cu单芯锭在600℃～800℃下保温60min～300min后进行挤压，挤压比为6～15，挤压速度为40mm/s～60mm/s，并选用玻璃丝布作为NbTi/Cu锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ60mm～Φ80mm的NbTi/Cu多芯挤压棒。
7.根据权利要求1所述的一种用粉末冶金法制备NbTi/Cu超导线材的方法，其特征在于，所述步骤S5中多道次拉拔的加工率为(5～20)％/道次，采用单模拉丝机拉伸时，直径范围为25～80mm，拉拔速度为10m/min～20m/min；采用双模拉丝机拉伸，直径范围为10～25mm，拉拔速度为40m/min～60m/min；采用十八摸中型拉丝机拉伸时，直径范围为3～10mm，拉拔速度为100m/min～150m/min；采用十八模小型拉伸机拉伸，直径范围为0.3～3mm，拉拔速度为200m/min～300m/min。
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