CN117340553A - 一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法 - Google Patents
一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117340553A CN117340553A CN202311304188.4A CN202311304188A CN117340553A CN 117340553 A CN117340553 A CN 117340553A CN 202311304188 A CN202311304188 A CN 202311304188A CN 117340553 A CN117340553 A CN 117340553A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- niobium
- tin
- subcomponent
- cunb
- sheath
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010955 niobium Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 40
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 12
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010622 cold drawing Methods 0.000 claims description 6
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 6
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- 229910003192 Nb–Ta Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 abstract description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- KJSMVPYGGLPWOE-UHFFFAOYSA-N niobium tin Chemical compound [Nb].[Sn] KJSMVPYGGLPWOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910000657 niobium-tin Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 abstract description 2
- HFYPIIWISGZGRF-UHFFFAOYSA-N [Nb].[Sn].[Sn].[Sn] Chemical compound [Nb].[Sn].[Sn].[Sn] HFYPIIWISGZGRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
- C25D7/06—Wires; Strips; Foils
- C25D7/0614—Strips or foils
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
本发明属于超导材料加工技术领域，公开了一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法。该方法使用电镀了Cu层的Nb或者Nb合金箔作为初始原材料。在后续亚组元和Nb3Sn复合线的加工过程中，Cu层的尺寸不断减小，最终达到纳米级别。经过最终热处理，Sn扩散进入Nb或者Nb合金中生成Nb3Sn相，而Cu层的位置转化成不超导的青铜相，有效作为Nb3Sn的钉扎中心，显著提升线材的临界电流密度。同时，本发明的工艺路线简单，解决了内氧化法人工钉扎中心铌三锡亚组元加工困难、不适宜批量化生产的问题。
Description
技术领域
本发明涉及超导材料加工技术领域，具体为一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法。
背景技术
Nb3Sn超导线材以其优异的性能和较低的成本，在制作10T～20T的磁体方面有着独特的优势，被广泛应用在核聚变、加速器和医疗成相等领域。随着科技的发展，人们对Nb3Sn线材的性能提出了更高的要求。近二十年来，传统的Nb3Sn线材性能遇到瓶颈，亟待采取新的方法进一步提升Nb3Sn的临界电流密度。
实用化的Nb3Sn线材是典型的非理想第二类超导体，在其中引入人工钉扎中心能够提高钉扎力密度，起到提升临界电流密度的作用。人工钉扎中心要起到有效钉扎作用，必须满足两个条件。第一，Nb3Sn在低温的相干长度为纳米级，人工钉扎中心的尺寸必须与其相匹。第二，人工钉扎中心必须以第二相粒子的形式存在于Nb3Sn中。以上两点使得人工钉扎中心的引入变得十分困难。内氧化法是目前较为可靠的一种工艺路线，它使用和Nb互溶的掺杂元素，与Nb形成合金，同时以氧化物粉末的方式在复合线中引入氧元素。在热处理过程中，氧元素扩散进入Nb合金基体，与掺杂元素形成纳米级的第二相氧化物颗粒作为人工钉扎中心。该方法不仅工艺流程复杂，而且在加工过程中需要引入粉末，批量化制备较为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，以解决上述背景技术中提出在Nb3Sn线材中引入人工钉扎中心工艺复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，。包括以下步骤：
步骤1、将长条形的Nb或者Nb合金箔酸洗，采用电镀的方法在Nb或者Nb合金箔表面形成一层均匀的Cu后，将其卷绕在铜棒上，一起装入铜包套；
步骤2、将获得的铜包套进行除气，在其两端组装上下盖，并进行电子束封焊，获得CuNb包套；
步骤3、将获得的CuNb包套加热保温后进行挤压，获得CuNb复合棒；
步骤4、沿获得的CuNb复合棒长度方向进行钻孔，并对其清洗，清洗后插入Sn合金棒，获得铌三锡亚组元坯料；
步骤5、将获得的铌三锡亚组元坯料进行多道次冷拉拔，获得人工钉扎中心铌三锡亚组元。
进一步优选地，所述步骤1中Nb合金箔的Nb合金为Nb-Ta，Ta的添加量为0.5at.％～5at.％。
进一步优选地，所述步骤1中Nb或者Nb合金箔的厚度为0.1mm～0.3mm。
进一步优选地，所述步骤1中在Nb或者Nb合金箔表面形成一层均匀的Cu时，Cu的厚度为3um～11um。
进一步优选地，所述步骤2中获得的CuNb包套尺寸为φ92mm～225mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使用电镀了Cu层的Nb或者Nb合金箔作为初始原材料。在后续亚组元和Nb3Sn复合线的加工过程中，Cu层的尺寸不断减小，最终达到纳米级别。经过最终热处理，Sn扩散进入Nb或者Nb合金中生成Nb3Sn相，而Cu层的位置转化成不超导的青铜相，有效作为Nb3Sn的钉扎中心，显著提升线材的临界电流密度。同时，本发明的工艺路线简单，解决了内氧化法人工钉扎中心铌三锡亚组元加工困难、不适宜批量化生产的问题。
附图说明
图1为本发明的制备流程图；
图2为本发明的CuNb包套截面剖视图；
图3为本发明的铌三锡亚组元坯料截面剖视图；
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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将长条形的Nb或者Nb合金箔酸洗，采用电镀的方法在Nb或者Nb合金箔表面形成一层均匀的Cu后，将其卷绕在铜棒上，一起装入铜包套；
步骤2、将获得的铜包套进行除气，在其两端组装上下盖，并进行电子束封焊，获得CuNb包套；
步骤3、将获得的CuNb包套加热保温后进行挤压，获得CuNb复合棒；
步骤4、沿获得的CuNb复合棒长度方向进行钻孔，并对其清洗，清洗后插入Sn合金棒，获得铌三锡亚组元坯料；
步骤5、将获得的铌三锡亚组元坯料进行多道次冷拉拔，获得人工钉扎中心铌三锡亚组元。
本发明中，步骤1中Nb合金箔的Nb合金为Nb-Ta，Ta的添加量为0.5at.％～5at.％。
本发明中，步骤1中Nb或者Nb合金箔的厚度为0.1mm～0.3mm。
本发明中，步骤1中在Nb或者Nb合金箔表面形成一层均匀的Cu时，Cu的厚度为3um～11um。
本发明中，步骤2中获得的CuNb包套尺寸为φ92mm～225mm。
实施例1、
将长条形厚度为0.1mm的Nb4at.％Ta合金箔酸洗，采用电镀的方法在Nb4at.％Ta合金箔表面形成一层均匀的厚度为3um的Cu后，将其卷绕在φ40mm的铜棒上，卷绕后的外径为80mm。之后装入φ92mm/φ80.5mm的铜包套中。
将获得的铜包套进行除气，在其两端组装上下盖，并进行电子束封焊，获得CuNb包套，获得的CuNb包套尺寸为φ92mm。
将获得的CuNb包套加热550℃保温1h后进行挤压，获得得到φ24.5mm的CuNb复合棒。
沿获得的CuNb复合棒长度方向进行钻φ9.5mm的孔，并对其清洗，清洗后插入φ9mm的Sn合金棒，获得铌三锡亚组元坯料。
将获得的铌三锡亚组元坯料进行多道次冷拉拔，获得人工钉扎中心铌三锡亚组元。
使用该亚组元制备的铌三锡线材在温度4.2K、磁场12T的条件下临界电流密度达到3100A/mm2，相比普通线材提升约14.8％。
实施例2、
将长条形厚度为0.3mm的Nb箔酸洗，采用电镀的方法在Nb箔表面形成一层均匀的厚度为11um的Cu后，将其卷绕在φ97.3mm的铜棒上，卷绕后的外径为194.6mm。之后装入φ225mm/φ195mm的铜包套中。
将获得的铜包套进行除气，在其两端组装上下盖，并进行电子束封焊，获得CuNb包套，获得的CuNb包套尺寸为φ225mm。
将获得的CuNb包套加热550℃保温2h后进行挤压，获得得到φ80mm的CuNb复合棒。
沿获得的CuNb复合棒长度方向进行钻φ31.0mm的孔，并对其清洗，清洗后插入φ30.5mm的Sn合金棒，获得铌三锡亚组元坯料。
将获得的铌三锡亚组元坯料进行多道次冷拉拔，获得人工钉扎中心铌三锡亚组元。
使用该亚组元制备的铌三锡线材在温度4.2K、磁场12T的条件下临界电流密度达到3000A/mm2，相比普通线材提升约11.1％。
实施例3、
将长条形厚度为0.2mm的Nb箔酸洗，采用电镀的方法在Nb箔表面形成一层均匀的厚度为6um的Cu后，将其卷绕在φ90mm的铜棒上，卷绕后的外径为180mm。之后装入φ138mm/φ119mm的铜包套中。
将获得的铜包套进行除气，在其两端组装上下盖，并进行电子束封焊，获得CuNb包套，获得的CuNb包套尺寸为φ138mm。
将获得的CuNb包套加热550℃保温2h后进行挤压，获得得到φ40mm的CuNb复合棒。
沿获得的CuNb复合棒长度方向进行钻φ15.5mm的孔，并对其清洗，清洗后插入φ15mm的Sn合金棒，获得铌三锡亚组元坯料。
将获得的铌三锡亚组元坯料进行多道次冷拉拔，获得人工钉扎中心铌三锡亚组元。
使用该亚组元制备的铌三锡线材在温度4.2K、磁场12T的条件下临界电流密度达到2930A/mm2，相比普通线材提升约8.5％。
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，因此旨在将落在权利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。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将长条形的Nb或者Nb合金箔酸洗，采用电镀的方法在Nb或者Nb合金箔表面形成一层均匀的Cu后，将其卷绕在铜棒上，一起装入铜包套；
步骤2、将获得的铜包套进行除气，在其两端组装上下盖，并进行电子束封焊，获得CuNb包套；
步骤3、将获得的CuNb包套加热保温后进行挤压，获得CuNb复合棒；
步骤4、沿获得的CuNb复合棒长度方向进行钻孔，并对其清洗，清洗后插入Sn合金棒，获得铌三锡亚组元坯料；
步骤5、将获得的铌三锡亚组元坯料进行多道次冷拉拔，获得人工钉扎中心铌三锡亚组元。
2.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤1中Nb合金箔的Nb合金为Nb-Ta，Ta的添加量为0.5at.％～5at.％。
3.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤1中Nb或者Nb合金箔的厚度为0.1mm～0.3mm。
4.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤1中在Nb或者Nb合金箔表面形成一层均匀的Cu时，Cu的厚度为3um～11um。
5.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤2中获得的CuNb包套尺寸为φ92mm～225mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311304188.4A CN117340553A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311304188.4A CN117340553A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117340553A true CN117340553A (zh) | 2024-01-05 |
Family
ID=89370487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311304188.4A Pending CN117340553A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117340553A (zh) |
-
2023
- 2023-10-09 CN CN202311304188.4A patent/CN117340553A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4224087A (en) | Method for producing Nb3 Sn superconductor | |
| CN114864177B (zh) | 一种内锡法Nb3Sn前驱体线材的制备方法 | |
| CN110181138B (zh) | 大型高温超导电流引线中超导缆和盒式铜接头的焊接工艺 | |
| US3838503A (en) | Method of fabricating a composite multifilament intermetallic type superconducting wire | |
| CN111105901B (zh) | 一种改良型青铜法Nb3Sn超导线材的制备方法 | |
| CN114694894A (zh) | 一种短程扩散式Nb3Sn超导线材的制备方法 | |
| CN115295242B (zh) | 高临界电流密度的铌三锡超导股线的制备方法 | |
| JP6270209B2 (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超伝導線材の製造方法 | |
| JPS6150136B2 (zh) | ||
| CN115295243A (zh) | 元素掺杂型高临界电流密度的铌三锡超导股线的制备方法 | |
| CN117253670B (zh) | 一种渗氧Nb3Sn超导线材及其制备方法与应用 | |
| Londenhovius et al. | Progress in the development of Nb/sub 3/Sn conductors based on the" Powder in tube" method with finer filaments | |
| CN117340553A (zh) | 一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法 | |
| CN115312258A (zh) | 一种改进的铁基超导长线材的制备方法 | |
| RU2031463C1 (ru) | Способ изготовления сверхпроводящей жилы | |
| CA1036801A (en) | Method for the manufacture of a superconductor having an intermetallic two element compound | |
| JP5065582B2 (ja) | 超伝導素子及びその製造方法 | |
| JP4013335B2 (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ化合物超電導体の前駆線材およびその製造方法、Ｎｂ３Ｓｎ化合物超電導導体の製造方法、並びにＮｂ３Ｓｎ化合物超電導コイルの製造方法 | |
| JP3945600B2 (ja) | Ｎｂ ３ Ｓｎ超伝導線材の製造方法 | |
| Cheggour et al. | Enhancement of the critical current density in Chevrel phase superconducting wires | |
| CN110828059A (zh) | 一种百米级37芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法 | |
| KR100392511B1 (ko) | 초전도 선재의 제조 방법 | |
| EP1763091A2 (en) | Method of manufacturing for Nb3Sn superconducting wire rod by means of powder method and precursor therefor | |
| CN114566326B (zh) | 一种通过挤压成形获得复合包套铁基超导线带材的方法 | |
| CN113488285B (zh) | 一种高载流、低热导Bi-2223/AgAu超导带材的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |