CN116580894A - 一种超细NbTi丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超导材料制备技术领域，公开了一种超细NbTi丝的制备方法。该方法包括以下步骤：S1：在NbTi棒材表面包覆Cu箔，然后将所述NbTi棒材的两端塞入硅胶堵头；S2：进行冷连轧，获得NbTi/Cu线材，然后进行归圆；S3：进行拉拔同时进行走线加热，获得NbTi/Cu丝材，采用腐蚀液去除表面的Cu，获得NbTi丝；S4：将所述NbTi丝进行小加工率成型拉拔，所述小加工率成型拉拔过程中添加石墨润滑液，清洗后进行涂漆绝缘，获得所述超细NbTi丝。本发明选取NbTi棒材为原材料，采取铜箔包覆，利用冷连轧、热拉拔、涂漆等技术，成功制备出适用于量子计算机的超细NbTi超导丝。
Description
技术领域
本发明属于超导材料制备技术领域，涉及一种超细NbTi丝的制备方法。
背景技术
目前，在中国量子计算领域中，所使用的国产线材基本为铍铜、不锈钢、无氧铜等。在量子计算机中，需要利用NbTi超导丝材绕制出mT级别超导磁体，以控制量子比特在5GHz附近的频率转变，因此需要直径为0.1mm左右的超细NbTi丝，同时对丝材的圆度和均匀性有极高的要求。
由于NbTi在拉拔过程中极易粘模，在已有的技术手段中，超细NbTi丝的制备能力有限，所获NbTi丝材变形差，均匀性差，无法满足量子计算机对超细NbTi丝高圆度和高均匀性的要求。
发明内容
本申请的目的是提供一种量子计算机用超细NbTi超导丝的制备方法。
为了解决上述问题，本申请选取NbTi棒材为原材料，采取铜箔包覆，利用冷连轧、热拉拔、涂漆等技术，成功制备出适用于量子计算机的超细NbTi超导丝。
一方面，本发明涉及一种超细NbTi丝制备方法，包括以下步骤：S1：在NbTi棒材表面包覆Cu箔，然后将所述NbTi棒材的两端塞入硅胶堵头；
S2：进行冷连轧，获得NbTi/Cu线材，然后进行归圆；
S3：进行拉拔（拉拔至成品尺寸的前一规格）同时进行走线加热，获得NbTi/Cu丝材，采用腐蚀液去除表面的Cu，获得NbTi丝；
S4：将所述NbTi丝进行小加工率成型拉拔，所述小加工率成型拉拔过程中添加石墨润滑液，清洗后进行涂漆绝缘，获得所述超细NbTi丝。本申请所述小加工率成型拉拔为相对于S3进行拉拔的概念，意指小于S3加工率的最终成型拉拔。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述NbTi棒材的直径为10~30mm；
所述包覆Cu箔为1~3层Cu箔，所述Cu箔的厚度为0.2~0.4mm。包覆Cu箔的层数根据不同规格的NbTi棒材决定，累积变形量越大，Cu箔的层数越多。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述冷连轧的道次间加工率为10~15%，加工道次为2~4次。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述加热的温度控制在300~600℃，所述走线的速度控制在10~30m/min。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述腐蚀液为浓度为40~60wt.%硝酸溶液。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述小加工率成型拉拔的加工率＜10%，加工道次为1道。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述石墨润滑液的温度为60~80℃，浓度为75~85wt.%。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述清洗包括：用40~60℃，浓度为5wt.%的RSB102D清洗剂超声波清洗1~2h，去除石墨；用40~60%的硝酸溶液去除氧化层。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具备下述的有益效果或优点：
本发明限定了NbTi棒材的直径，能够优化后续的加工变形，尽量减少加工率；采用铜箔对NbTi棒材进行包裹，目的是在拉伸的过程中对NbTi棒充当润滑作用；在两端安装堵头的目的是为了防止杂质进入物料引起断线；利用辊模拉丝机归圆的目的是由于冷连轧后线材并非规则的圆形，辊模拉伸时线材受到的压应力大，拉应力小，有利于线材归圆；走线加热的目的是为了减弱NbTi在拉拔过程中的加工硬化，有利于线材的均匀变形。本发明提供了一种用于绕制量子计算机中弱磁场超导磁体的超细NbTi丝的制备方法，采用小规格NbTi棒为原材料，通过Cu箔包覆，冷连轧，辊模拉丝，热拉拔，冷拉拔等技术，成功制备出用于绕制量子计算机中弱磁场超导磁体的超细NbTi丝。
附图说明
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实施例1制备得到的超细NbTi丝的金相横截面示意图。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
本实施例提供了超细NbTi丝的具体实施过程。
首先，采用直径为30mm的NbTi棒材作为原材料，然后在NbTi棒的表面包覆2层厚度为0.4mm的Cu箔，再将包覆Cu箔的NbTi棒两端塞入硅胶堵头中，防止杂质进入物料引起断线。随后，将包覆Cu箔的NbTi棒材通过冷连轧机进行4道次轧制，道次间加工率为15%，再用辊模拉丝机归圆，获得直径为20mm的NbTi/Cu线材。接下来，对获得的线材进行拉拔，同时在冷拉拔设备上加装感应加热炉，加热温度控制在600℃，线材在感应加热炉中的走线速度控制在30m/min，获得直径为0.55mm的NbTi/Cu丝材。并用浓度为60wt.%的硝酸溶液将NbTi/Cu丝材表面的Cu进行腐蚀，获得超细直径为0.53mm的NbTi丝。然后，将NbTi丝进行单道次拉拔至0.51mm，采用温度为80℃，浓度为75wt.%的石墨润滑剂进行润滑。之后进行两次清洗，第一次用60℃，浓度为5wt.%的RSB102D清洗剂超声波清洗1h，去除石墨，第二次用60%的硝酸溶液去除氧化层。最后将NbTi丝进行涂漆绝缘，获得能用于绕制量子计算机中弱磁场超导磁体的超细NbTi丝直径为0.50mm。
实施例2
本实施例提供了超细NbTi丝的具体实施过程。
首先，采用直径为20mm的NbTi棒材作为原材料，然后在NbTi棒的表面包覆3层厚度为0.2mm的Cu箔，再将包覆Cu箔的NbTi棒两端塞入硅胶堵头中，防止杂质进入物料引起断线。随后，将包覆Cu箔的NbTi棒材通过冷连轧机进行4道次轧制，道次间加工率为10%，再用辊模拉丝机归圆，获得直径为15mm的NbTi/Cu线材。接下来，对获得的线材进行拉拔，同时在冷拉拔设备上加装感应加热炉，加热温度控制在500℃，线材在感应加热炉中的走线速度控制在20m/min，获得直径为0.33mmNbTi/Cu丝材。并用浓度为50wt.%的硝酸溶液将NbTi/Cu丝材表面的Cu进行腐蚀，获得超细直径为0.31mm的NbTi丝。然后，将NbTi丝进行单道次拉拔至0.30mm，采用温度为70℃，浓度为80wt.%的石墨润滑剂进行润滑。之后进行两次清洗，第一次用50℃，浓度为5 wt.%的RSB102D清洗剂超声波清洗1.5h，去除石墨，第二次用50%的硝酸溶液去除氧化层。最后将NbTi丝进行涂漆绝缘，获得用于绕制量子计算机中弱磁场超导磁体的超细NbTi丝直径为0.29mm。
实施例3
本实施例提供了超细NbTi丝的具体实施过程。
首先，采用直径为15mm的NbTi棒材作为原材料，然后在NbTi棒的表面包覆3层厚度为0.2mm的Cu箔，再将包覆Cu箔的NbTi棒两端塞入硅胶堵头中，防止杂质进入物料引起断线。随后，将包覆Cu箔的NbTi棒材通过冷连轧机进行3道次轧制，道次间加工率为15%，再用辊模拉丝机归圆，获得直径为11mm的NbTi/Cu线材。接下来，对获得的线材进行拉拔，同时在冷拉拔设备上加装感应加热炉，加热温度控制在300℃，线材在感应加热炉中的走线速度控制在10m/min，获得直径为0.22mmNbTi/Cu丝材。并用浓度为40wt.%的硝酸溶液将NbTi/Cu丝材表面的Cu进行腐蚀，获得超细直径为0.21mm的NbTi丝。然后，将NbTi丝进行单道次拉拔至0.20mm，采用温度为60℃，浓度为85 wt.%的石墨润滑剂进行润滑。之后进行两次清洗，第一次用40℃，浓度为5 wt.%的RSB102D清洗剂超声波清洗2h，去除石墨，第二次用40%的硝酸溶液去除氧化层。最后将NbTi丝进行涂漆绝缘，获得用于绕制量子计算机中弱磁场超导磁体的超细NbTi丝为0.19mm。
实施例4
本实施例提供了超细NbTi丝的具体实施过程。
首先，采用直径为10mm的NbTi棒材作为原材料，然后在NbTi棒的表面包覆1层厚度为0.4mm的Cu箔，再将包覆Cu箔的NbTi棒两端塞入硅胶堵头中，防止杂质进入物料引起断线。随后，将包覆Cu箔的NbTi棒材通过冷连轧机进行2道次轧制，道次间加工率为15%，再用辊模拉丝机归圆，获得直径为8.5mm的NbTi/Cu线材。接下来，对获得的线材进行拉拔，同时在冷拉拔设备上加装感应加热炉，加热温度控制在300℃，线材在感应加热炉中的走线速度控制在20m/min，获得直径为0.153mm的NbTi/Cu丝材。并用浓度为40wt.%的硝酸溶液将NbTi/Cu丝材表面的Cu进行腐蚀，获得超细直径为0.151mm的NbTi丝。然后，将NbTi丝进行单道次拉拔至0.150mm，采用温度为60℃，浓度为75wt.%的石墨润滑剂进行润滑。之后进行两次清洗，第一次用45℃，浓度为5%的RSB102D清洗剂超声波清洗2h，去除石墨，第二次用40%的硝酸溶液去除氧化层。最后将NbTi丝进行涂漆绝缘，获得用于绕制量子计算机中弱磁场超导磁体的超细NbTi丝为0.149mm。
如上所述，较好的描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。上述实施例和说明书仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种超细NbTi丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在NbTi棒材表面包覆Cu箔，然后将所述NbTi棒材的两端塞入硅胶堵头；
S2：进行冷连轧，获得NbTi/Cu线材，然后进行归圆；
S3：进行拉拔同时进行走线加热，获得NbTi/Cu丝材，采用腐蚀液去除表面的Cu，获得NbTi丝；
S4：将所述NbTi丝进行小加工率成型拉拔，所述小加工率成型拉拔过程中添加石墨润滑液，清洗后进行涂漆绝缘，获得所述超细NbTi丝。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述NbTi棒材的直径为10~30mm；
所述包覆Cu箔为1~3层Cu箔，所述Cu箔的厚度为0.2~0.4mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷连轧的道次间加工率为10~15%，加工道次为2~4次。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度控制在300~600℃，所述走线的速度控制在10~30m/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀液为浓度为40~60wt.%硝酸溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述小加工率成型拉拔的加工率＜10%，加工道次为1道。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨润滑液的温度为60~80℃，浓度为75~85wt.%。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述清洗包括：用40~60℃，浓度为5wt.%的RSB102D清洗剂超声波清洗1~2h，去除石墨；用40~60%的硝酸溶液去除氧化层。
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