CN117809904A - 一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种高载流密度铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒，通过将离子束蒸镀和电镀进行结合的方式制作铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒，一方面使用小尺寸的晶粒度均匀的铌棒确保了铜铌单芯棒的良好的延伸性，另一方面离子束蒸镀和电镀的结合使用确保了铜铌之间的结合力又平衡了成本、效率。
Description
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，用于制作高载流密度铌三锡线材。
背景技术
铌三锡低温超导体是目前10T以上高场超导磁体应用最主要的材料，已在高能粒子加速器、核磁共振谱仪（NMR）、以及磁约束核聚变（ITER）等较多领域有广泛的应用。影响铌三锡超导线材临界电流密度的主要因素是其超导相含量以及晶界钉扎中心的密度，为了提高铌三锡超导线材的载流能力，需要大幅提高线材中的铌、锡含量以获得高的铌三锡超导相的体积分数。
现有技术中，为了制备高载流密度铌三锡所需的铜铌单芯棒，现有技术中有两种方法。
方法一：采用铌锭与铜管组装后热挤压，经过大量冷变形后，加工成铜铌六方复合棒，然后对复合棒进行高温退火，主要目的是实现铌的再结晶化，提升铜铌复合棒的延伸性。该方法存在的缺点如下: 第一，铌的晶粒尺寸存在遗传效应，从铌锭到单芯棒，晶粒尺寸等比例变形，因此要获得延伸性好的铜铌单芯棒（3-5 mm），需要制作晶粒度极其均匀的铌锭（0.5-1级的晶粒极差）。由于大尺寸（500-600 mm）铌锭受熔炼限制，通过小变形量的开坯锻造，要获得晶粒度级差小于1级的 铌锭（200-300 mm）的铌锭难度极大。因此，通过现有的方法 获得延伸性非常好（>50%）的 铜铌单芯棒难度非常大。
方法二：将小尺寸铌棒装入薄壁铜管方法，然后通过穿管拉拔等冷加工手段制作，该铜铌复合棒制作时，由于铜和铌属于冷结合，结合力差，很难获得铜铌截面属于化学冶金结合的铜铌单芯棒，而且铜管尺寸需保持一定厚度才能确保后续的冷拔加工不断裂，也因此单芯棒的铜比无法降低到理想的水平。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法。
本发明的一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：将晶粒均匀的铌棒通过冷轧工艺将其加工成六方形铌棒，所述铌棒的晶粒度级差在1级以内；
步骤二：将步骤一所述铌棒进行定尺切断，使用硝酸与氢氟酸、水的混合溶液对其进行表面清洗，烘干；
步骤三：将步骤二所述铌棒均匀分散放置在真空腔体内，然后采用离子束蒸镀，对所述铌棒进行表面镀铜获得一次铜铌复合棒；
步骤四：将步骤三所述铜铌复合棒进行常规电镀覆铜处理获得二次铜铌复合棒；
步骤五：将步骤四所述二次铜铌复合棒经过六方模具拉拔加工，制得铜层较薄、厚度均匀的铜铌六方单芯棒。
进一步的，步骤一中，所述六方形铌棒的对边距为3~12mm。
进一步的，步骤三中，离子束蒸镀的铜镀层厚度为1-2 微米。
进一步的，步骤五中，所述六方模具的加工率为5~12%。
进一步的，步骤五中，所述铜铌六方单芯棒的铜体积占比在5~20%。
与现有技术相比，在经过清洗的晶粒均匀铌棒（晶粒度级差小于1级）表面，通过离子束蒸镀的方法，在铌棒表面镀上1-2 微米厚铜层，随后通过常规电镀的方法在铜铌复合棒表面电镀铜，从而获得具有均匀厚度的低铜比铜铌复合棒。一方面，从直径200-300 mm铌锭通过锻造、轧制等工艺加工至对边距为3~12mm铌棒过程中，由于加工变形量足够大，可以对铌锭进行反复的锻造和退火，因此，非常容易获得晶粒度十分均匀的小尺寸铌棒，从而获得延伸性（>50 %）非常好的小尺寸铌棒；另一方面，若直接在铌棒表面电镀铜，铜电镀层和铌棒的表面亲和力差，二者结合力不佳，本发明采用离子束蒸镀可以确保铜、铌之间良好的结合，但蒸镀速度慢且成本较高，将离子束蒸镀和电镀进行结合，既确保了铜铌之间的结合力又平衡了成本、效率。
将电镀后的铜铌复合棒再经过一道六方模具加工，可以确保铜层均匀覆盖于铌棒表面，模具加工率5~12%，采用小加工率的模具确保变形基本只在复合棒的外部铜层进行，使内部铌芯棒尽量避免变形影响其延伸率。
附图说明
图1为本发明高载流密度铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒结构示意图。
实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：将晶粒均匀的铌棒1通过冷轧工艺将其加工成六方形铌棒1，其对边距为3mm，所述六方形铌棒1的晶粒度级差在1级以内；
步骤二：将步骤一所述铌棒1进行定尺切断，并利用硝酸与氢氟酸、水的混合溶液对其进行表面清洗，烘干；
步骤三：将步骤二所述铌棒1均匀分散放置在真空腔体内，然后采用离子束蒸镀，对所述铌棒1表面进行表面镀铜2，厚度2μm获得一次铜铌复合棒；
步骤四：将步骤三所述铜铌复合棒进行常规电镀覆铜3处理获得二次铜铌复合棒；
步骤五：将步骤四所述二次铜铌复合棒经过六方模具拉拔加工，所述六方模具的加工率为8%，制得铜层较薄、厚度均匀的铜铌六方单芯棒，所述铜铌六方单芯棒铜体积占比在10%。
实施例2
一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：将晶粒均匀的铌棒1通过冷轧工艺将其加工成六方形铌棒1，其对边距为6mm，所述六方形铌棒1的晶粒度级差在1级以内；
步骤二：将步骤一所述铌棒1进行定尺切断，并利用硝酸与氢氟酸、水的混合溶液对其进行表面清洗，烘干；
步骤三：将步骤二所述铌棒1均匀分散放置在真空腔体内，然后采用离子束蒸镀，对所述铌棒1表面进行表面镀铜2，厚度1μm获得一次铜铌复合棒；
步骤四：将步骤三所述铜铌复合棒进行常规电镀覆铜3处理获得二次铜铌复合棒；
步骤五：将步骤四所述二次铜铌复合棒经过六方模具拉拔加工，所述六方模具的加工率为12%，制得铜层较薄、厚度均匀的铜铌六方单芯棒，所述铜铌六方单芯棒铜体积占比在20%。
实施例3
一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：将晶粒均匀的铌棒1通过冷轧工艺将其加工成六方形铌棒1，其对边距为12mm，所述六方形铌棒1的晶粒度级差在1级以内；
步骤二：将步骤一所述铌棒1进行定尺切断，并利用硝酸与氢氟酸、水的混合溶液对其进行表面清洗，烘干；
步骤三：将步骤二所述铌棒1均匀分散放置在真空腔体内，然后采用离子束蒸镀，对所述铌棒1表面进行表面镀铜2，厚度1.5μm获得一次铜铌复合棒；
步骤四：将步骤三所述铜铌复合棒进行常规电镀覆铜3处理获得二次铜铌复合棒；
步骤五：将步骤四所述二次铜铌复合棒经过六方模具拉拔加工，所述六方模具的加工率为5%，制得铜层较薄、厚度均匀的铜铌六方单芯棒，所述铜铌六方单芯棒铜体积占比在5%。
Claims (5)
1.一种铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，其特征在于，按以下步骤进行：
步骤一：将晶粒均匀的铌棒通过冷轧工艺将其加工成六方形铌棒，所述铌棒的晶粒度级差在1级以内；
步骤二：将步骤一所述铌棒进行定尺切断，使用硝酸与氢氟酸、水的混合溶液对其进行表面清洗，烘干；
步骤三：将步骤二所述铌棒均匀分散放置在真空腔体内，然后采用离子束蒸镀，对所述铌棒进行表面镀铜获得一次铜铌复合棒；
步骤四：将步骤三所述铜铌复合棒进行常规电镀覆铜处理获得二次铜铌复合棒；
步骤五：将步骤四所述二次铜铌复合棒经过六方模具拉拔加工，制得铜层较薄、厚度均匀的铜铌六方单芯棒。
2.根据权利要求1所述的铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，步骤一中，所述六方形铌棒的对边距为3~12mm。
3.根据权利要求1所述的铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，其特征在于，步骤三中，离子束蒸镀的铜镀层厚度为1-2 微米。
4.根据权利要求1-3所述的铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，其特征在于，步骤五中，所述六方模具的加工率为5~12%。
5.根据权利要求1-4所述的铌三锡线材的低铜比铜铌单芯棒的制作方法，其特征在于，步骤五中，所述铜铌六方单芯棒的铜体积占比在5~20%。
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