CN117292887B - 一种青铜法铌三锡超导线制备方法及超导线 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种青铜法铌三锡超导线制备方法及超导线，其中制备方法包括：将青铜棒装入Nb管中，并将Nb管装入青铜管中，进行旋锻、拉拔和退火后制备得到青铜/Nb单芯棒；将数百根青铜/Nb单芯棒采用六方密排的方式集束后在外部包覆阻隔层，然后装入铜管内，形成最终坯料；对最终坯料加热后依次进行挤压、拉拔和中间退火，得到具有环形芯丝的青铜法铌三锡超导线。本申请将Nb芯丝由实心柱状变为空心管状，增加了Nb与青铜基体的相互作用面积，提高了成相热处理时Nb和青铜基体中的Sn的反应速率，缩短反应时间。
Description
技术领域
本申请涉及金属加工技术领域，特别涉及一种青铜法铌三锡超导线制备方法及超导线。
背景技术
青铜法铌三锡（Nb3Sn）超导线是制作场强大于10T的高场磁体的重要材料，其制作的磁体需要先绕制完成后再热处理生成Nb3Sn超导相，锡（Sn）和铌（Nb）反应是固相扩散反应，速度非常慢。
而目前的Nb芯丝多采用圆柱形结构，其与外部包裹的青铜基体的接触面积有限，导致Sn和Nb需要很长的时间才能充分反应形成Nb3Sn超导相。
发明内容
本申请实施例提供了一种青铜法铌三锡超导线制备方法及超导线，用以解决现有技术中圆柱状的Nb芯丝和青铜基体反应时间较长的问题。
一方面，本申请实施例提供了一种青铜法铌三锡超导线制备方法，包括：
将青铜棒装入Nb管中，并将Nb管装入青铜管中，进行旋锻、拉拔和退火后制备得到青铜/Nb单芯棒；
将多根青铜/Nb单芯棒采用六方密排的方式集束后在外部包覆阻隔层，然后装入铜管内，形成最终坯料；
对最终坯料依次进行挤压、拉拔和退火，得到青铜法铌三锡超导线。
另一方面，本申请实施例还提供了一种青铜法铌三锡超导线，该青铜法铌三锡超导线采用上述的方法制备得到。
本申请中的一种青铜法铌三锡超导线制备方法及超导线，具有以下优点：
Nb芯丝的形状为圆环管形，青铜基体和Nb的接触面积增大，有利于热处理时Sn和Nb的反应，热处理时间可以缩短20%以上。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的青铜/Nb单芯棒的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的超导线的结构示意图。
附图标号说明：1-青铜管，2-青铜棒，3-Nb管，4-铜管，5-阻隔层，6-青铜/Nb单芯棒。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种青铜法铌三锡超导线制备方法，该方法包括以下步骤：
S100，将青铜棒2装入Nb管3中，并将Nb管3装入青铜管1中，进行旋锻、拉拔和退火后制备得到青铜/Nb单芯棒6。
示例性地，Nb管3外部为青铜管1，内部填充青铜棒2。Nb管3的材质为Nb单质或Nb合金，例如NbTi、NbTa等。Nb管3的尺寸精度应满足±0.03mm，表面粗糙度Ra小于等于0.8μm，屈服强度应大于80MPa。对装填了Nb管3的青铜管1进行加工时，当青铜管1的直径大于或等于15mm时，采用旋锻方式，每次变形量大于等于30%，当青铜管1的直径小于15mm时，采用拉拔方式，每次变形量大于等于30%。获得具有环状Nb芯丝的青铜/Nb单芯棒6中，青铜和Nb的体积比为1.0~5.0，制备得到的青铜/Nb单芯棒6结构如图1所示。
S110，将多根青铜/Nb单芯棒6采用六方密排的方式集束后在外部包覆阻隔层5，然后装入铜管4内，形成最终坯料。
示例性地，阻隔层5采用Nb或Ta制成。制备得到的最终坯料中，集束的青铜/Nb单芯棒6和阻隔层5在径向的截面积之和与铜管4在径向的截面积比为1.0~4.0。
S120，对最终坯料依次进行挤压、拉拔和中间退火，得到青铜法铌三锡超导线。
实施例一
本申请实施例还提供了一种青铜法铌三锡超导线，该青铜法铌三锡超导线采用上述的方法制备得到。
1 将尺寸偏差为﹢0.03mm、表面粗糙度Ra为0.8μm、屈服强度为95MPa的Nb管放入青铜管中，再将青铜棒装入Nb管中。在直径在15mm以上采用单次变形量为30%的旋锻方式加工，之后采用单次变形量为35%的拉拔方式加工，获得具有环状Nb芯丝青铜/Nb单芯棒，其中青铜和Nb的体积比为1.0。
2将数百根青铜/Nb单芯棒采用密排六方的方式集束，外部包覆一层阻隔层Nb后一起装入无氧铜管内，得到最终坯料。青铜/Nb单芯棒和阻隔层Nb的截面积之和与无氧铜管的截面积之比为1.0。将最终坯料加热后进行挤压、拉拔和退火，获得青铜法Nb3Sn超导线。
实施例二
本申请提供的青铜法铌三锡超导线制备方法，包括以下步骤：
1 将尺寸偏差为﹢0.01mm、表面粗糙度Ra为0.8μm、屈服强度为82MPa的Nb2Ti管放入青铜管中，再将青铜棒装入NbTi管中。在直径在15mm以上采用单次变形量为35%的旋锻方式加工，之后采用单次变形量为30%的拉拔方式加工，获得具有环状NbTi芯丝的青铜/NbTi单芯棒，其中青铜和NbTi的体积比为3.0。
2将数百根青铜/NbTi单芯棒采用密排六方的方式集束，外部包覆一层阻隔层Ta后一起装入无氧铜管内，得到最终坯料。青铜/NbTi单芯棒和阻隔层Ta的截面积之和与无氧铜管的截面积之比为2.0。将最终坯料加热后进行挤压、拉拔和退火，获得青铜法Nb3Sn超导线。
实施例三
本申请提供的青铜法铌三锡超导线制备方法，包括以下步骤：
1 将尺寸偏差为-0.03mm、表面粗糙度Ra为0.8μm、屈服强度为88MPa的Nb管放入青铜管中，再将青铜棒装入Nb1.5Ta管中。在直径在15mm以上采用单次变形量为33%的旋锻方式加工，之后采用单次变形量为38%的拉拔方式加工，获得具有环状NbTa芯丝的青铜/NbTa单芯棒，其中青铜和NbTa的体积比为5.0。
2将数百根青铜/NbTa单芯棒采用密排六方的方式集束，外部包覆一层阻隔层Nb后一起装入无氧铜管内，得到最终坯料。青铜/NbTa单芯棒和阻隔层Nb的截面积之和与无氧铜管的截面积之比为4.0。将最终坯料加热后进行挤压、拉拔和退火，获得青铜法Nb3Sn超导线。
验证实验
采用本申请实施例一到三的方法获得的青铜法Nb3Sn超导线和没有采用本申请制备方法的Nb3Sn超导线材比较，本申请的实施例一到三制备的青铜法Nb3Sn超导线在650℃热处理75h后，Nb芯丝完全反应生成Nb3Sn相，而没有采用本申请制备方法的Nb3Sn超导线在650℃热处理100h后，Nb芯丝中心仍然有少量残留。可见本申请的方法能够有效缩短热处理时间。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种青铜法铌三锡超导线制备方法，其特征在于，包括：
将青铜棒（2）装入Nb管（3）中，并将所述Nb管（3）装入青铜管（1）中，进行旋锻、拉拔和退火后制备得到青铜/Nb单芯棒（6）；
将多根所述青铜/Nb单芯棒（6）采用六方密排的方式集束后在外部包覆阻隔层（5），然后装入铜管（4）内，形成最终坯料；
对所述最终坯料依次进行挤压、拉拔和退火，得到青铜法铌三锡超导线；
对所述青铜法铌三锡超导线进行热处理，使所述青铜/Nb单芯棒（6）中的Sn和Nb扩散形成铌三锡相。
2.根据权利要求1所述的一种青铜法铌三锡超导线制备方法，其特征在于，在所述青铜/Nb单芯棒（6）中，青铜和Nb的体积比为1.0~5.0，所述青铜/Nb单芯棒（6）中的Nb芯丝为环状。
3.根据权利要求1所述的一种青铜法铌三锡超导线制备方法，其特征在于，所述Nb管（3）的材质为Nb单质或Nb合金，所述Nb管（3）的尺寸精度满足±0.03mm，表面粗糙度Ra小于或等于0.8μm，屈服强度大于80MPa。
4.根据权利要求1所述的一种青铜法铌三锡超导线制备方法，其特征在于，对装填了所述Nb管（3）的青铜管（1）进行加工时，当所述青铜管（1）的直径大于或等于15mm时，采用旋锻方式，每次变形量大于等于30%，当所述青铜管（1）的直径小于15mm时，采用拉拔方式，每次变形量大于等于30%。
5.根据权利要求1所述的一种青铜法铌三锡超导线制备方法，其特征在于，所述青铜/Nb单芯棒（6）和阻隔层（5）在径向的截面积之和与铜管（4）在径向的截面积比为1.0~4.0。
6.一种青铜法铌三锡超导线，其特征在于，所述青铜法铌三锡超导线采用权利要求1-5任一项所述的方法制备得到。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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