CN114855005B - 一种深冷低温坡莫合金及其制备方法以及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深冷低温坡莫合金及其制备方法以及应用，制备方法包括步骤：1)按质量百分比Ni_76.5～77Fe_余Cu_4.6～6.0Mo_2.5～2.8Mn_{0.7～ 0.9}Si_0.15～0.25C_aMg_bX_c组成合金配料，0＜a≦0.05，0＜b≦0.02；X代表杂质，c≦0.015；2)在真空环境下冶炼成坡莫合金锭；3)对坡莫合金锭进行多次锻造、修磨；4)进行热轧与固溶处理；5)进行冷轧与循环软化处理；6)将软化态坡莫合金加工成产品，氢气退火，即得。根据本发明，不仅大幅度提高了低温坡莫合金磁导率，而且温度稳定性得到改善，有利于超导腔等设备研制及运行，弥补了我国深冷低温坡莫合金领域的空白。

Description

一种深冷低温坡莫合金及其制备方法以及应用

技术领域

本发明涉及坡莫合金领域，更具体地涉及一种深冷低温坡莫合金及其制备方法以及应用。

背景技术

随着现代社会科学技术的发展，各种电磁设备和元器件逐步向数字化、集成化、小型化、高功率方向发展。这些复杂电磁系统将不可避免受到杂散电磁场的不良干扰影响，即常说的电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。按场源可分为电场、磁场、电磁场，其中磁场干扰可能的源头是地球磁场、永磁铁、电磁铁、通电电缆、电动机、变压器和其它线圈元件等。磁场干扰可通过磁屏蔽、磁隔离、转换元件等产生作用来减至最小或消除。因磁场通过导磁材料比它们在空气中或其它媒质材料中更易被转移，所以“磁屏蔽”常用高磁导率磁性材料制作成球环状或框状等设定的几何形状来“转移”邻近磁力线而达到洁净杂散磁场目的；低频或静态磁场磁屏蔽设计的原理是：利用高导磁率铁磁材料如纯铁、硅钢片、坡莫合金等对干扰磁场进行分路(如图1所示)使设备工作区域的杂散磁场大幅度减小甚至几乎没有。

用于磁屏蔽的高磁导率软磁材料很多，坡莫合金是其中重要的一种，坡莫合金的特点是：在极弱环境磁场H条件下，因磁导率较高，特别适合对磁屏蔽效能要求特别严格的场合。低频或静态磁场磁屏蔽用坡莫合金最重要的技术指标是不同磁场H条件对应的磁导率μ，其他技术参数如饱和磁极化强度J_s、矫顽力H_c、矩形比J_r/J_s等间接和磁导率μ密切相关(J_s表示吸收磁力线的能力；H_c和软磁的晶体结构相关；J_r/J_s表示方形度)。典型的理想球形腔体结构的磁屏蔽效能计算公式如下所示：

其中，SE代表磁屏蔽的效能，μ_r代表一定工作外界磁场H条件下的软磁材料磁导率，t代表球形腔体的厚度，R代表球形腔体半径。可见，磁屏蔽的效能直接和磁导率μ密切相关。

超导腔是同步辐射和自由电子激光等光源装置中关键的设备，其工作在液氮到液氦深冷低温区域，随着科技的发展，先进同步辐射和自由电子激光光源对超导腔的残余磁场洁净程度的技术要求越来越高，液氮或液氦深冷低温环境下仍然具有高磁性能(如磁导率等)的坡莫合金是超导腔磁屏蔽组件关键的特种软磁材料。如上海硬X自由电子激光装置(SHINE)将设计研制较多成套高性能磁屏蔽组件，这些磁屏蔽组件工作在2～4.2K附近，需对地球磁场、设备磁场、电磁场等进行有效磁屏蔽，为低温模组超导腔创造良好的磁场环境(磁屏蔽效果起码要达到5.0mGs以下)，为此需要约几十吨的高性能磁屏蔽低温坡莫合金特种软磁材料，并对其深冷低温磁性能和变化机制进行研究，为磁屏蔽组件的高质量制备提供基础数据资料。

和一般电磁设备及元器件不一样的是：超导腔工作温度范围为液氮77K到液氦2～4.2K深冷低温段，常规的坡莫合金如1J79、1J85等在如此低的深冷低温环境下，其综合磁性能大幅度下降导致基于其设计研制的磁屏蔽组件磁屏蔽效能恶化明显，为此必须设计研制在此深低温环境下仍然具有极高磁性能(特别是磁导率)的特种低温坡莫合金。下面简称“低温坡莫合金”。

以下公式表明了典型自由电子激光加速器超导腔Q₀和磁屏蔽后残余磁场B(公式中的B_ext)之间的关联，从中可看到，随残余磁场B逐步减小，超导腔品质因子Q₀获得大幅度的改善，类似案例在国防科研、电子电力、信息通讯等领域有很多，可以说没有基于坡莫合金设计研制的磁屏蔽组件磁屏蔽效能的大幅度改善，就不能维持一些重要关键电磁设备的良好工作运行。

Q₀＝G/(R_BCS+S×B_trap+R₀)

B_trap＝B_ext·η

其中，G为超导腔的几何因子常数，R_BCS为超导腔的电阻，S为俘获磁通导致的超导腔表面电阻系数，B_trap为俘获磁通，B_ext为残余磁场值，η为俘获系数，R₀为超导腔的表面剩余电阻。

和普通成熟商业坡莫合金如1J79与1J85及纯铁等相比，极端深冷低温环境下工作运行的超导腔等重要设备磁屏蔽低温坡莫合金显著的技术特点是：

1)1J79与1J85等坡莫合金及纯铁在所有的外界磁场H条件下，随温度逐步下降，磁导率等主要参数在任意的外界磁场H条件下均大幅度下降，也就是说常规坡莫合金及纯铁等受成分设计、研制方法、退火工艺等因素影响,深冷低温环境磁导率等主要技术参数太低而不符合一些极端低温环境下磁屏蔽效能设计指标的实现。表1是德国VAC公司研发的低温坡莫合金Cryoperm10和国产常规坡莫合金1J79液氦温度部分磁性能指标对比。其中，低温坡莫合金Cryoperm10的成分以及比例为：Ni_76.36Fe_余Cu_4.56Mo_2.45Mn_0.55Si_0.15；国产常规坡莫合金1J79的成分以及比例为：Ni_78.5～80Fe_余Cu_≦0.2Mo_3.8～4.1Mn_0.6～1.1Si_0.30～0.50。

表1：德国低温坡莫合金Cryoperm10和国产现有常规坡莫合金IJ79的低温磁性能对比表(统计相关测试数据得到)

2)低温坡莫合金虽然在大多数外磁场H环境下随着温度下降，磁导率等主要技术参数也逐步下降，但下降幅度明显较小；同时在极弱磁场下，如H＝0.001-0.02Oe部分范围内，磁导率数值随温度下降反而逐步上升，也就是说该坡莫合金磁导率的温度系数呈现反转现象(这一特殊磁性能变化效应是一般常规类似成分设计的常规坡莫合金如IJ77、IJ79、IJ85等所完全不具备的)，这种磁导率温度系数反转的磁性能技术特点适合于液氦极端温度超导腔等重要设备在极弱外界环境磁场H下所要求达到的磁屏蔽效能，在国防科研、信息通讯等领域有着重要的应用价值。

3)通过测量低温坡莫合金在77～300K温度范围内的磁导率等值，根据变化趋势基本能大体推测2～77K温度范围内的磁导率等数值。

4)国外现有低温坡莫合金的磁性能和成分设计、制备工艺、退火方法、机械应力、板材厚度等关系密切。这些典型设计、研制、应用参数的微小变化对低温坡莫合金磁性能特别是磁导率有重要影响。

在新型低温坡莫合金国产化设计研发之前，国内外仅有德国VAC等公司能研发并生产低温坡莫合金(Cryoperm10等)且价格较贵，其他如法国等在此基础上仿制研发了类似低温坡莫合金如Cryophy等，如图2所示。从中可看到，随温度下降国外研发的几种类似特种低温坡莫合金磁导率在极弱磁场H条件下未明显下降，在一些磁场H范围内磁导率反而大幅度增加，如Cryophy的初始磁导率μ_i从0.8万增加到2万；A4K的初始磁导率μ_i从1万增加到6万；国内极少数公司如北京北冶功能材料有限公司、西安钢研功能材料股份有限公司、中国钢铁研究总院等单位在此方面有一定的技术基础，但国内市场上并没有液氦温度超导腔等深冷低温环境工作重要设备磁屏蔽用新型低温坡莫合金产品。

虽然目前国外现有低温坡莫合金磁性能基本能满足超导腔等领域深冷低温磁屏蔽需要，但这些典型牌号低温坡莫合金还存在以下的缺陷：

1)国外类似低温坡莫合金(Cryoperm10等)价格普遍较贵，造成一些应用工程项目磁屏蔽设计、制造、安装、维护成本增加。

2)国外现有低温坡莫合金液氮至液氦温度最大磁导率μ_m一般为6～12万，初始磁导率μ_i为3万(厚度≦1.1mm)。实际安装时因机械应力作用，有效磁导率还有较大幅度的下降，这对具有更高磁导率要求的深冷低温磁屏蔽应用还有一定技术制约。

3)国外现有低温坡莫合金(Cryoperm10等)磁导率特别是最大磁导率μ_m常温20～35万，液氮至液氦低温磁导率6～12万，下降幅度接近2～3倍，制约了一些更高端、更苛刻场合下的尖端应用，如上海硬X自由电子激光装置加速器布局为南北向，背景地球磁场较大，需要更高低温磁性能特别是磁导率的低温坡莫合金。

4)国外现有坡莫合金磁导率和板材厚度密切相关，厚度越大磁导率下降的越多，实际应用的板材厚度一般≦1.1mm，超过1.1mm后磁导率下降幅度较大。但在实际工程应用条件下，厚度过小使得坡莫合金板材机械加工的螺纹牙太少，将对磁屏蔽组件安装固定有重要的不利影响。而磁屏蔽组件安装时如不能获得良好固定，将造成严重的漏磁效应。如何获得厚度较大且仍具有较高磁导率是需要解决的问题。

近十来年，随着我国科学技术水平的不断发展，对该新型低温坡莫合金需求逐步增加，如高能物理、国防科研、电子信息等领域，以前国内不能研制生产只能从国外进口。典型的例子是：我国重大科学工程项目上海硬X自由电子激光装置(SHINE)建设原计划从日本整机进口大量磁屏蔽组件或采用德国VAC公司研发的Cryoperm10研制成套低温磁屏蔽组件，可能遇到的问题是：

1：整机从日本引进，价格相对较贵，交货期较长。众所周知，日、美是盟国，随时有可能受其影响而终止合作，从而使项目处被动状态。更主要的受历史影响，和日本方面在重要科研项目上长期的、深入的合作，也可能使我国重大科学工程等项目建设的最新关键技术暴露在国外面前，直接或间接对国家安全造成不利影响。

2：采用德国的材料，价格相对较贵，交货期较长。目前德国和我国关系相对较好，但不排除未来在外界因素影响下，德国甚至欧盟也可能把该磁性材料列为高科技产品禁运名单。同时即便能采用德国VAC低温坡莫合金，因需自行摸索重要的退火工艺及液氦磁性能测量方法，同样使SHINE项目进度等受到一定的影响。

因此，目前我国急需开发和研制出具有更优异综合磁性能的国产新一代低温坡莫合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种深冷低温坡莫合金及其制备方法以及应用，从而解决现有技术中低温坡莫合金深冷温度磁导率偏小、常温到低温磁导率下降幅度过大、具有高低温磁导率的板材厚度较小、以及需要从国外进口大量磁屏蔽组件或整机存在的价格昂贵、交货期长的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种深冷低温坡莫合金的制备方法，包括以下步骤：1)按质量百分比Ni_76.5～77Fe_余Cu_4.6～6.0Mo_2.5～2.8Mn_0.7～0.9Si_0.15～0.25C_aMg_bX_c组成合金配料，其中，Ni、Fe、Cu、Mo、Mn、Si代表主元素镍、铁、铜、钼、锰、硅；C、Mg代表辅助元素碳、镁，0＜a≦0.05，0＜b≦0.02；X代表杂质元素，c≦0.015；2)将所述合金配料在真空环境下冶炼成坡莫合金钢锭；3)对所述坡莫合金钢锭进行多次锻造、修磨；4)对锻造、修磨后的坡莫合金进行热轧与固溶处理；5)对经过热轧与固溶处理的坡莫合金进行冷轧与循环软化处理；6)将制得的软化态坡莫合金加工成产品，然后氢气退火，即得。

所述杂质元素包括：磷、硫等。

所述步骤1)中，主元素Ni、Fe、Cu、Mo、Mn、Si的纯净度分别为99.95％、99.93％、99.90％、99.90％、97.45％、99.50％以上，所述合金配料通过辊磨、刷磨去除原料表面氧化层。

所述步骤2)包括：在真空保护下对所述合金配料进行熔炼并获得一定形状的坡莫合金锭，然后对所述坡莫合金锭进行去氧化层以及表面修磨处理。

所述步骤3)包括：先将所述坡莫合金锭的表面氧化层去除，然后进行多次锻造，始锻温度≧1150℃，终锻温度≧900℃，得到厚度≦50mm的锻造板材。

所述步骤4)中的热轧采用二次热轧工艺：第一火轧制：板坯装炉温度≦800℃；随炉升温至1000±10℃，保温50～60min；再升温至1220±10℃，保温20～30min开轧；终轧温度≧900℃；第二火轧制：最高温度1220±10℃装炉，保温20～30min开轧，终轧温度≧900℃；得到热轧板材厚度≦5.0mm。

应当理解的是，现有Cryoperm10以及常规1J79可根据设备情况采用一火工艺或两火工艺，即便采用两火工艺，其工艺参数与本发明提供的主要工艺参数存在差异，该差异主要体现在最高温度，常规1J79为1250℃，而本发明采用的最高温度为1220±10℃。

所述步骤5)包括采用多次循环常温冷轧与高温软化相结合工艺：常温冷轧在常温下进行，然后通过高温软化去除应力：装炉温度≦800℃；加热温度980℃；保温时间30～50min；冷却得到软化或非软化态的冷轧板材厚度≦2.0mm；冷轧板材轧制率为50～55％。

所述步骤6)包括以步骤5)制得的冷轧板材为原料，机械加工形成产品，经过自动控温的高纯氢气退火炉进行1～2次光亮循环工艺退火，退火用氢气纯度达到99.9～99.999％之间，1175±15℃温度下热处理3～6小时，然后5～10小时降温到450～480℃，随后通过随炉或风冷控温方式冷却。

根据本发明的第二方面，提供一种根据上述制备方法制备得到的深冷低温坡莫合金。

根据本发明的第三方面，提供一种深冷低温坡莫合金在制备深冷低温精密磁屏蔽组件中的应用。

为了解决一些深冷低温设备接近零磁场环境磁屏蔽等组件关键的材料稀缺的问题，本发明主要做出了以下几个方面的改进：

1)在常规1J79坡莫合金成分及制备方法基础上做适当的改进优化，成分设计及制备工艺总体延续常规1J79坡莫合金，这一思路为低温坡莫合金的低成本批量稳定生产创造了条件；

2)对低温坡莫合金主要成分如镍、铁、铜、钼、锰、硅含量比例进行反复优化，对低温磁导率等有重要影响的镍、铜等成分及范围给予严格控制，保证了低温坡莫合金深冷低温磁导率处于更高的数值范围；

3)对低温坡莫合金磁导率的温度稳定性即温度系数有重要影响的一些辅助及杂质元素含量比例进行仔细优化，对轧制工艺技术参数如冷轧阶段的轧制率等进行优化，为磁导率的温度稳定性改善创造了条件；

4)对低温坡莫合金材料的软化工艺及应用磁屏蔽等产品的磁性能氢气光亮退火工艺进行优化。软化工艺的优化解决了低温坡莫合金加工产品机械精度问题，磁性能光亮退火工艺优化解决了低温坡莫合金更高低温磁性能特别是较高低温磁导率技术实现的问题；

5)低温坡莫合金最大厚度保持在1.1mm以上仍然达到较好甚至更高的低温磁性能特别是低温磁导率。

正如本发明的背景技术部分所述，随着我国科学技术水平的不断发展，对该新型低温坡莫合金需求逐步增加，然而目前国内的现有技术还无法生产出满足要求的低温坡莫合金，根据本发明提供的这样一种深冷低温坡莫合金及其制备方法，对社会发展所起到的作用有：

1.目前的需要

本发明对国家社会与科技发展中一些项目建设如SHINE加速器超导腔等设备磁屏蔽系统的设计与研制，对磁屏蔽组件批量生产工艺的稳定性及用户放心使用，对设计研制具有更优异综合磁性能国产新一代低温坡莫合金有着特殊的意义。本发明也可解决我国重大科学工程关键的局部领域技术无法突破等问题；如前所述，基于本发明SHINE将不再需要从国外进口昂贵的类似特种低温坡莫合金或磁屏蔽系统整机。国内外目前预计比较迫切的需求有：

未来十几年甚至几十年，国内先进同步辐射光源如上海光源、北京光源、合肥光源、武汉光源、深圳光源将陆续建设，其中的部分超导腔改造及后续升级等预计将采用较多低温坡莫合金设计研制高性能精密磁屏蔽组件。

我国正在建造的上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)加速器模组超导腔将设计研制大量的磁屏蔽组件，项目建设及维护期间迫切需要采购大量新型低温坡莫合金。低温磁屏蔽组件的设计研制将是SHINE关键技术路线之一，项目研究对上海硬X自由电子激光建设具有推动作用。

随着国外同步辐射光源及自由电子激光技术应用范围的不断获得扩展，国际市场对各种加速器超导腔磁屏蔽用特种低温坡莫合金的需求也将逐步增加。可以打破国外在此领域的技术垄断。

2.共性的作用

项目研究成果具有“共性”特征，通过国产低温坡莫合金磁性能变化机制的深入研究，对我国特种坡莫合金领域技术水平的提升及应用基础研究数据积累也有现实意义，可以填补我国该领域局部的空白。项目研究成果对在国防科研、电子电力、信息通讯等行业具有广泛应用前景的其它极端低温环境下磁屏蔽系统的设计研制也具有一定的应用及参考价值。

综上所述，本发明相对现有技术所体现的创新价值及有益技术效果在于：

1)低温坡莫合金板材的厚度较大。相对国外1.0mm左右高磁导率低温坡莫合金板材，本发明获得的低温坡莫合金厚度预计控制在1.5mm仍然具有不亚于国外1.1mm低温坡莫合金的磁性能，在厚度达到2.0mm情况也仍然具有良好低温磁性能。具有高磁性能厚度的低温坡莫合金这有利于磁屏蔽组件的设计、研制、安装等工作，安装紧固问题将得到基本解决，对磁屏蔽组件漏磁控制、安装效率等也是有利的。

2)大幅度增加低温坡莫合金磁导率。具有更高低温磁导率的较厚新型低温坡莫合金可使得精密超导腔等设备磁场环境进一步获得改善，有利于Q₀等品质因子的改善。有效磁导率的增加，将进一步减少磁场通电线圈磁场补偿设计难度及成本，也有利于超导腔恒温器、调谐器、耦合器、法兰等部件的磁场管理难度。

3)低温坡莫合金温度稳定性改善。本发明的低温坡莫合金温度稳定性获得大幅度改善，将使深冷低温环境下工作的特种电磁设备磁屏蔽效能大幅度获得改善，为创造更优异洁净“零磁场”工作环境奠定了基础。

4)有利于超导腔等设备研制及运行。高性能低温坡莫合金的发明有利于简化超导腔等设备的结构设计，一些线圈磁场补偿设计及安装工作有可能取消，大幅度降低了工程建设成本及运行维护。

附图说明

图1示出了低频或静态场合下的磁屏蔽原理图；

图2示出了国外现有技术中制备的多种典型低温坡莫合金磁导率随温度变化趋势；

图3示出了根据本发明提供的一种低温坡莫合金的制备工艺流程图；

图4示出了根据本发明的一个优选实施例提供的一种低温坡莫合金氢气退火工艺图；

图5示出了本发明实施例1制备的1.0mm厚低温坡莫合金的磁导率图，其中，1JL0-1，1JL0-2分别代表同一板材1JL0里面不同位置取样所得的样品；

图6示出了本发明实施例1制备的1.3mm厚低温坡莫合金的磁导率图，其中，1JL0-1，1JL0-2，1JL0-3，1JL0-4分别代表同一板材1JL0里面不同位置取样所得的样品。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

本发明提供一种低温坡莫合金及其制备方法，工艺流程如图3所示，技术路线及方案包括以下的步骤：

S1，按质量百分比Ni_76.5～77Fe_余Cu_4.6～6.0Mo_2.5～2.8Mn_0.7～0.9Si_0.15～0.25C_aMg_bX_c组成合金配料，其中，X代表杂质元素磷、硫等，0＜a≦0.05，0＜b≦0.02，c≦0.015，主要成分Ni、Fe、Cu、Mo、Mn、Si纯度分别达到99.95％、99.93％、99.90％、99.90％、97.45％、99.50％以上，用辊磨、刷磨等方法去除原料表面的氧化层。

S2，将步骤S1去除表面氧化层的合金配料在真空保护下进行熔炼并获得圆筒等形态锭(第一次熔炼时严格清洗炉膛，重复冶炼相同低温坡莫合金原料7～10次后可不清洗)，然后对锭进行去氧化层、表面修磨等处理。

1.炉料要求

1.1炉料组成：纯铁、镍板、无氧铜棒、钼条、金属锰、碳块、结晶硅、镍镁(合金)组成。Ni板经滚筒辊磨达到4小时以上，装炉前Ni板、Cu棒逐块用钢丝刷或角磨机等刷磨其表面氧化层。金属锰、碳块、结晶硅、返回料经过150～230℃烘烤6h以上。

1.2装料顺序：

坩埚：底层铺Ni板，其上放约1/3C块、Mo条及返回料；剩余Ni板、纯铁、无氧铜棒装在中上部。

料斗：剩余C块(分2批)、NiMg、结晶Si、金属Mn。

2.熔炼要求

1)真空度≦13Pa后小功率(50～70KW)预热炉料；真空度≦1.3Pa开始送电，化料时间1.5～2.0h；化料过程中如出现喷溅可调低功率。

2)熔清后160kW提温10～15min；调功率100KW，每隔5～8分钟加脱氧碳；碳反应完后进入精炼期。

3)带电60KW精炼，时间40～45min。

4)出钢前约20min，关闭真空阀，加入NiMg，搅拌后抽空。

5)出钢前约15min，依次加入Si、Mn。

6)出钢前约10min，关闭真空阀，充氩约-0.06MPa，精炼结束带电40～50KW浇注。

7)浇注完后迅速破空加发热剂。

8)脱模时间≧2h。

S3，在步骤S2制得的熔炼钢锭基础上对其进行多次锻造及表面修磨。锻造前把钢锭表面氧化层去除，锻造目的是把钢锭制备成扁平等形状，锻造后把头尾部分去除，然后机械修磨表面氧化层，锻造加热应避免火焰直喷钢锭表面。锻造要求与温度时间参数如下：

1)要求严格控制终锻温度，≧3火锻造成材。开锻先采用轻锤快打，见方后酌情加重；第一火锻造成方后回炉，锻后空冷。

2)装炉温度≦650℃，升温速度≦120℃/h；预热温度1050±10℃，保温100min；随炉升温，加热温度1250±10℃，保温60min；回炉再烧时间≧20min。

3)始锻温度≧1150℃，终锻温度≧900℃。

4)锻造获得的板材厚度小于50mm。

S4，在步骤S3制得的锻造板材基础上进行热轧及固溶等后处理，热轧目的是把锻造较宽、较厚板材在高温下轧制成更高薄一点的板材；热轧后材料不均匀，通过一定温度固溶均质化材料内部组织，然后再通过酸洗表面氧化物，然后再机械修磨板材达到光亮程度，采用两火轧制，主要步骤如下：

1)第一火轧制：板坯装炉温度≦800℃；随炉升温至1000±10℃，保温50～60min；再升温至1220±10℃，保温20～30min开轧；终轧温度≧900℃。开坯厚度15～25mm，该厚度可根据来料长度确定。

2)第二火轧制：可在最高温度1220±10℃装炉，保温20～30min开轧，终轧温度≧900℃。轧完水冷后退火。

3)退火的工艺：装炉温度≦800℃；加热温度980℃；保温时间30～50min，冷却方式为水冷。

4)热轧板厚度小于5.0mm。

S5，以步骤S4制得的热轧板材为基础，进行冷轧及循环软化退火，通过冷轧及连续软化退火对热轧板材进行循环轧制，最后形成冷轧态或软化态板材，棒材等产品，主要步骤如下：

1)退火前应确保加热炉气氛良好，炉前2组清洗槽温度：40～60℃；半成品带材(≠2.8)工艺速度0.6m/min，三段退火温度980℃。

2)冷轧板厚度小于2.0mm。

S6，以步骤S5制得的各种冷轧态或软化态低温坡莫合金为材料，经过机械加工形成各种应用产品，应用产品通过氢气光亮热处理，结合图4所示，氢气退火的步骤说明如下：

1)开机检查

检查水、电、气、炉体升降机构是否正常→启动工控机并登录→负压检漏→编辑并选定热处理工艺程序→开炉检查炉膛、钼带、密封圈等→放入工件→关闭炉门。

2)氢气试纯

第一步：开启手动模式，抽真空至2.0KPa以下，通入氢气，打开排气阀，保持炉内压力95～105KPa。

第二步：氢气压力在要求的范围内稳定时间30min以上，然后点火试纯，以听见“噗”声低沉闷响，表示氢气纯度已达到要求，可开始下阶段工作，如果未达标，需继续排除空气，每5min检测一次，直至达标。

3)热处理

再次确认设备无异常且曲线选择正确，开启自动模式，点击加热按钮，开始加热并运行程序。

第一阶段：70min匀速升温至700℃；保持炉内压力95～105KPa。

第二阶段：90min匀速升温至1150～1120℃；保持炉内压力95～105KPa。

第三阶段：1170℃保温240min；保持炉内压力95～105KPa。

第四阶段：300min从1160～1190℃匀速降温至约475℃；保持炉内压力95～105Kpa。

第五阶段：约475℃保温120min；保持炉内压力95～105Kpa。

第六阶段：断加热自然降温至约100℃以下开炉出料，降温至465℃时关氢转氩。约465℃以上保持炉内压力95～105KPa。

4)出炉取件

温度达到100℃以下时，关闭氩气→关闭排气阀→转换为手动模式→开炉→取出工件→检查炉内设施→清理干净密封圈→然后关炉→抽真空至2.0KPa以下→关工控机→关水电气。

实施例1

在本实施例中，采用以下方法制备一种更高磁性能低温坡莫合金，基本步骤如下：

第一步：按Ni_76.5Fe_余Cu_4.86Mo_2.5Mn_0.8Si_0.20C_0.04Mg_0.02进行配料。

第二步：真空熔炼前对冶炼炉用类似常规坡莫合金进行洗炉，然后按上述成分进行真空熔炼，得到规格为直径210mm及高度600mm的钢锭180kg。之后，去除表面的氧化层。

第三步：对上述真空熔炼且去除氧化层的钢锭进行若干次锻造及表面修磨，为保持锻造进行，锻造过程中循环进行热处理使得合金材料保持一定塑性，得到板材：H40mm×W300mm×L2000mm。

第四步：对上述锻造板材进行热轧及固溶等后处理，把锻造得到的较厚板材在高温下轧制成更薄一点的板材；通过一定温度固溶均质化材料的内部组织，然后再通过酸洗表面氧化物，酸洗氧化物后然后再机械修磨板材达到光亮程度。得到热轧板规格：H4mm×W315mm×L2000mm。

第五步：对热轧板进行常温冷轧+氢气热处理把热轧板材，得到冷轧软化态板材，冷轧软化态板材去除边缘磁性能欠佳约10～20mm，得到两种规格厚度板材：

H1.0mm×W280mm×L2000mm。1.0mm板材的总形变量分别为：2.8mm→2.5mm→2.0mm→1.5mm→1.25mm→1.05mm→1.0mm。

H 1.3mm×W280mm×L2000mm。1.3mm板材的总形变量分别为：2.8mm→2.5mm→2.0mm→1.5mm→1.35mm→1.3mm。

第六步：以上述软化态的两种规格厚度低温坡莫合金板材为基础，按上海硬X射线自由电子激光1.3GHz超导腔磁屏蔽组件图纸，机械加工制备出多种规格坡莫合金磁屏蔽部件。

第七步：为防止高温氢气退火时坡莫合金磁屏蔽变形，采用304等不锈钢设计防变形工装，对磁屏蔽部件进行固定，进行氢气光亮退火处理。

第八步：氢气退火后用软磁测量仪测量低温坡莫合金样环的常温与低温磁性能，获得磁导率等磁性能参数。磁导率测试结果如图5、图6所示。

测试结果说明如下：

1)厚度为1.0mm的冷轧板材初始磁导率和国外类似厚度的坡莫合金Cryoperm10接近(达到3～5万)。但多数H范围内，同等厚度下本发明获得的低温坡莫合金磁导率优于Cryoperm10，如低温最大磁导率本发明液氮低温为20～28万，而Cryoperm10的低温最大磁导率为8～15万。

2)厚度为1.0mm的板材从常温到液氮温度，本发明低温坡莫合金最大磁导率下降幅度约为20～25％。而Cryoperm10最大磁导率下降幅度达到30～40％。

3)相对1.0mm、厚度1.3mm的冷轧板材初始磁导率和最大磁导率等仍然保持在较高水平。本发明1.3mm厚的低温坡莫合金液氮温度下初始磁导率平均接近5万，最大磁导率接近20万。Cryoperm10在1.3mm厚度条件下是否具有优异磁导率未见公开报道。

4)1.3mm板材从常温到液氮温度，本发明低温坡莫合金最大磁导率下降幅度约为5～20％。磁导率温度系数大幅度获得改善。

作为类比：常规1J79坡莫合金液氮温度下初始磁导率不到2万，最大磁导率不到8万，分别只有本发明获得低温坡莫合金的二分之一到三分之一之间。

综上所述，根据本发明提供的方法，成功制备出一种具有更高磁性能的低温坡莫合金，为其应用于深冷低温精密磁屏蔽组件等奠定了基础。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (7)

1.一种深冷低温坡莫合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按质量百分比Ni_76.5～77Fe_余Cu_4.6～6.0Mo_2.5～2.8Mn_0.7～0.9Si_0.15～0.25C_aMg_bX_c组成合金配料，其中，Ni、Fe、Cu、Mo、Mn、Si代表主元素镍、铁、铜、钼、锰、硅；C、Mg代表辅助元素碳、镁，0＜a≤0.05，0＜b≤0.02；X代表杂质元素，c≤0.015；

2)将所述合金配料在真空环境下冶炼成坡莫合金锭；

3)对所述坡莫合金锭进行多次锻造、修磨；

4)对锻造、修磨后的坡莫合金进行热轧与固溶处理；

5)对经过热轧与固溶处理的坡莫合金进行冷轧与循环软化处理，采用多次循环常温冷轧与高温软化相结合工艺：常温冷轧在常温下进行，然后通过高温软化去除应力：装炉温度≤800℃；加热温度980℃；保温时间30～50min；冷却得到软化态的冷轧板材厚度≤2.0mm；冷轧板材轧制率为50～55％；

6)将制得的软化态坡莫合金加工成产品，然后氢气退火，即得，包括：以步骤5)制得的冷轧板材为原料，机械加工形成产品，经过自动控温的高纯氢气退火炉进行1～2次光亮循环工艺退火，退火用氢气纯度达到99.9～99.999％之间，1175±15℃温度下热处理3～6小时，然后5～10小时降温到450～480℃，随后通过随炉或风冷控温方式冷却。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，主元素Ni、Fe、Cu、Mo、Mn、Si的纯净度分别为99.95％以上、99.93％以上、99.90％以上、99.90％以上、97.45％以上、99.50％以上，所述合金配料通过辊磨、刷磨去除原料表面氧化层。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)包括：在真空保护下对所述合金配料进行熔炼并获得一定形状的坡莫合金锭，然后对所述坡莫合金锭进行去氧化层以及表面修磨处理。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)包括：先将所述坡莫合金锭的表面氧化层去除，然后进行多次锻造，始锻温度≥1150℃，终锻温度≥900℃，得到厚度≤50mm的锻造板材。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的热轧采用二次热轧工艺：

第一火轧制：板坯装炉温度≤800℃；随炉升温至1000±10℃，保温50～60min；再升温至1220±10℃，保温20～30min开轧；终轧温度≥900℃；

第二火轧制：最高温度1220±10℃装炉，保温20～30min开轧，终轧温度≥900℃；

得到热轧板材厚度≤5.0mm。

6.一种根据上述权利要求1～5中任一项所述的制备方法制备得到的深冷低温坡莫合金。

7.一种根据权利要求6所述的深冷低温坡莫合金在制备深冷低温精密磁屏蔽组件中的应用。

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