一種金屬粉末軋制製備塗層超導體用強立方織構複合基帶的方法

2023-06-28 18:42:21 2

一種金屬粉末軋制製備塗層超導體用強立方織構複合基帶的方法
【專利摘要】一種金屬粉末軋制製備塗層超導體用強立方織構複合基帶的方法，屬於高溫塗層超導基帶【技術領域】。所用原料為高純鎳粉、鎢粉和鉻粉，純度都在99.9%以上，採用粉末軋制的方法得到初始生板坯，然後經過長時間高溫燒結、熱軋、表面拋光處理得到層間結合緻密的鎳鎢-鎳鉻複合初始坯錠；再經過多道次冷軋、軋制中間回復熱處理、最終高溫再結晶退火，得到外層具有強立方織構，芯層無磁性、高強度的鎳鎢-鎳鉻合金複合基帶。本發明以其特有的製備複合坯錠的方法，得到了高性能的鎳鎢-鎳鉻合金複合基帶。本發明所製備的合金基帶具有製備工藝便捷、強立方織構含量、無鐵磁性、高強度等特點，並且易於大規模工業化生產。
【專利說明】一種金屬粉末軋制製備塗層超導體用強立方織構複合基帶的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高溫塗層超導體用立方織構鎳鎢-鎳鉻合金複合基帶的製備方法，屬於高溫塗層超導基帶【技術領域】。
【背景技術】
[0002]利用RABiTS技術路線製備塗層導體基帶的方法已經被科學界研究了近20年。織構基帶因其製備成本低廉，生產效率高，在西方發達國家已經被投入工業化生產並得到了廣泛的應用。
[0003]目前，NiW合金基帶具有優異的綜合性能(力學性能、抗氧化性能、磁性能、織構性能等)，因此它是科學界研究最廣泛也是最成熟的基帶材料之一。但單層的NiW合金基帶難以同時兼顧強立方織構含量、無鐵磁性、高強度這幾點需求；而普通粉末冶金製備複合基帶坯錠的方法又難以實現大批量工業化生產。鑑於此，本發明採用粉末軋制的方法，製備得到無鐵磁性的NiCr合金為芯層，易得到強立方織構的NiW合金為外層的複合生板坯。再經過高溫長時間的燒結、連續兩道次的熱軋、多道次的冷軋以及軋制間回復熱處理。最終在高溫再結晶退火後，內外層元素發生相互擴散，得到基帶表面強立方織構含量、無鐵磁性、高強度的複合型NiW-NiCr合金基帶。
[0004]本發明的方法可以實現高性能複合基帶的大規模生產。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提出了一種強立方織構、無鐵磁性複合型NiW-NiCr合金基帶的製備方法，其特徵在於，具體步驟如下:
[0006](I)將純度都大於99.9%的Ni粉和W粉，按照W的原子百分含量為7.5-8.5at%進行配比；將純度都大於99.9%的Ni粉和Cr粉，按照Cr的原子百分含量為13_15at%進行配比；將以上兩種混合金屬粉末分別在高速斜臥式混粉機中混合均勻；為防止金屬粉末氧化，混粉桶需抽真空處理，真空壓力需小於IOPa ;混粉桶轉速控制在80-100轉/分鐘；混粉時間在1-2小時之間；
[0007](2)將步驟(I)混合均勻的粉末分別倒入一體式相鄰並排的三個儲粉槽(如圖1中的I所示)中；粉末放置順序分別為:中間儲粉槽內裝有NiCr混合粉末(如圖1中2所示)，外側兩個儲粉槽內均裝有NiW混合粉末(如圖1中3所示);外層兩個儲粉槽開口寬度相同，中間儲粉槽開口寬度與外層儲粉槽開口寬度的比值在I?3之間；儲粉槽與軋輥(如圖1中4所示)成垂直式放置，兩軋輥在儲粉槽出粉口正下方，儲粉槽出粉經過兩軋輥間的空隙軋製成中間層為NiCr、兩外層為NiW的NiW-NiCr複合生板坯，軋制速度控制在0.5-1.2m/s之間；
[0008](3)將步驟(2)製備得到的複合生板坯(如圖1中5所示)放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣(純度大於99.9%)為保護氣氛中以1000-1100°C溫度燒結10-24小時；[0009](4)將(3)中燒結完成的複合板坯不冷卻直接進行兩次連續熱軋，每次熱軋的道次變形量均控制在20-25%之間，中軋溫度控制在800°C以上，終軋溫度控制在650°C以上；
[0010](5)將步驟(4)熱軋板坯去頭尾各l-2m，去邊各0.1-0.2m，然後經過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光得到初始複合板坯；
[0011](6)將步驟(5)得到的初始複合板坯在精密二輥軋機中，按照道次變形量7-10%，總變形量為95% (相對於初始複合板坯)進行往復式冷軋；
[0012](7)將步驟(6)冷軋得到的複合帶材捲曲後放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護氣氛中以450-600°C的溫度退火0.5-2小時，然後隨爐冷卻；
[0013](8)將(7)中得到的複合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機中，按照道次變形量7-10%，進行往復式牽引冷軋，總變形量為相對於步驟(5)所得初始複合板坯98.75-99% ；
[0014](9)將(8)中得到的冷軋複合帶材放入有高純Ar氣為保護氣氛的熱處理爐中退火；升溫速率為5°C /min，1000-1100°C保溫1_1.5h ;即製備得到外層為NiW合金、芯層為NiCr合金複合基帶。
[0015]步驟(2) —體式相鄰並排的三個儲粉槽為三個並列的方直桶，位於其下的兩軋輥使得所出粉料全部落入兩軋輥的間隙進行扎制。兩軋輥的間隙與平行於出粉料層。
[0016]優選複合生板坯中三層的厚度相等。最終複合基帶的厚度優選0.08-0.1mm。
[0017]本發明的關鍵在於制定一種特殊的塗層導體用鎳鎢-鎳鉻合金複合基帶的製備工藝，以獲得性能優異的合金基帶；相較於傳統的單層鎳鎢合金基帶，在保證基帶表面強立方織構含量的前提下，改善了基帶整體的鐵磁性能，提高了強度；相較於應用普通粉末冶金製備的鎳鎢合金複合基帶，本發明更能實現大規模工業化生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1、1.儲粉槽；2.N1、Cr混合粉末；3.N1、W混合粉末；4.軋輥；5.Niff-NiCr複合生板還；
[0019]圖2、實施例1中製備的NiW-NiCr合金複合板坯熱軋後，截面在掃面電鏡下界面層的背散射電子(BSE)圖像(左邊較亮的是NiCr層，右邊較暗的是NiW層)；
[0020]圖3、實施例1中製備的NiW-NiCr合金複合冷軋基帶的截面在掃面電鏡下的背散射電子(BSE)圖像(中間較亮的是NiCr層，上下較暗的是NiW層)；
[0021]圖4、實施例1中製備的NiW-NiCr合金複合基帶在再結晶熱處理後表面的EBSD微觀織構圖(紅色表示小於10°偏差內的立方織構的晶粒，白色表示非立方織構的晶粒；灰色線表示小於10°的小角度晶界，黑色線表示大於10°的大角度晶界)。
[0022]圖5、實施例2中製備的NiW-NiCr合金複合板坯熱軋後，截面在掃面電鏡下界面層的背散射電子(BSE)圖像(右邊較亮的是NiCr層，左邊較暗的是NiW層)；
[0023]圖6、實施例2中製備的NiW-NiCr合金複合冷軋基帶的截面在掃面電鏡下的背散射電子(BSE)圖像(中間較亮的是NiCr層，上下較暗的是NiW層)；
[0024]圖7、實施例2中製備的NiW-NiCr合金複合基帶在再結晶熱處理後表面的EBSD微觀織構圖(紅色表示小於10°偏差內的立方織構的晶粒，白色表示非立方織構的晶粒；灰色線表示小於10°的小角度晶界，黑色線表示大於10°的大角度晶界)。【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明做進一步說明，但本發明並不限於以下實施例。
[0026]實施例1:
[0027](I)將純度為99.99%的Ni粉和純度為99.95%的W粉，按照W的原子百分含量為8at%進行配比；將純度為99.99%的Ni粉和純度為99.90%的Cr粉，按照Cr的原子百分含量為13&七％進行配比；將以上兩種混合金屬粉末分別在高速斜臥式混粉機中混合均勻；混粉桶抽真空處理，真空度壓力為8Pa ;混粉桶轉速控制在80轉/分鐘；混粉時間為2個小時；
[0028](2)將混合均勻的粉末分別倒入一體式相鄰的三個儲粉槽中；粉末放置順序分別為:內側儲粉槽內裝有NiCr混合粉末，外側兩個儲粉槽內裝有NiW混合粉末；三個儲粉槽開口寬度一樣，各為30mm寬；儲粉槽與軋輥成垂直式放置，軋輥在儲粉槽出粉口正下方，軋棍間隙為16mm,軋制速度為1.2m/s ;製備得到了 18mm厚，IOm長，Im寬的複合生板還,三層的厚度相等，見圖1 ;
[0029](3)將製備得到的複合生板坯放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護氣氛中以1100°c的溫度燒結15個小時；
[0030](4)將燒結完成的複合板坯不冷卻直接進行兩次連續熱軋，每次熱軋的道次變形量均控制25%，中軋溫度為840°C，終軋溫度控制為710V ；
[0031](5)將熱軋板坯去頭尾各1.5m，去邊各0.15m，然後經過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光，得到8mm厚，7m長，0.Sm寬的初始複合板坯；複合板坯的樣品的截面背散射電子圖如圖2所示，可見板坯中存在較明顯的分層界面，以及還存在較多的疏鬆空洞，這說明板坯此時的內部結構還不夠緻密；
[0032](6)將初始複合板坯在精密二輥軋機中，按照道次變形量7%，總變形量為95% (相對於初始複合板坯)進行往復式冷軋；
[0033](7)將冷軋得到的複合帶材捲曲後放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護氣氛中以500°C的溫度退火I小時，然後隨爐冷卻；
[0034](8)將軋制中間熱處理得到的複合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機中，按照道次變形量7%，進行往復式牽引冷軋，總變形量為99% (相對於初始複合板坯);得到厚度為
0.08mm的複合冷軋帶材；該種帶材截取樣品的截面的背散射電子圖如圖3所示，從中可以看到明顯的1:1:1的三層結構，且此時基本無空洞存在；這說明熱軋後多道次的冷軋顯著提高了複合帶材內部的緻密度；
[0035](9)將冷軋複合帶材放入有高純Ar氣為保護氣氛的熱處理爐中退火；升溫速率為5°C /min，1050°C保溫I小時，然後隨爐冷卻；即製備得到外層為NiW合金，芯層為NiCr合金，0.08mm厚的複合基帶；該基帶樣品表面的EBSD微觀織構圖如圖4所示，立方織構(<10。)含量達到了 95.2%。
[0036]實施例2:
[0037](I)將純度為9.99%的Ni粉和純度為99.95%的W粉，按照W的原子百分含量為8.5at%進行配比；將純度為99.99%的Ni粉和純度為99.90%的Cr粉，按照Cr的原子百分含量為14&七％進行配比；將以上兩種混合金屬粉末分別在高速斜臥式混粉機中混合均勻；混粉桶抽真空處理，真空度壓力為8Pa ;混粉桶轉速控制在90轉/分鐘；混粉時間為1.5個小時；
[0038](2)將混合均勻的粉末分別倒入一體式相鄰的三個儲粉槽中；粉末放置順序分別為:內側儲粉槽內裝有NiCr混合粉末，外側兩個儲粉槽內裝有NiW混合粉末；內側儲粉槽開口寬度為50mm，是外層儲粉槽開口寬度的兩倍；儲粉槽與軋輥成垂直式放置，軋輥在儲粉槽出粉口正下方，軋棍間隙為16mm,軋制速度為L2m/s ;製備得到了 18mm厚，IOm長，Im寬的複合生板坯，三層的厚度比分別為1:2:1，見圖1 ;
[0039](3)將製備得到的複合生板坯放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護氣氛中以1050°C的溫度燒結22個小時；
[0040](4)將燒結完成的複合板坯不冷卻直接進行兩次連續熱軋，每次熱軋的道次變形量均控制25%，中軋溫度為810°C，終軋溫度控制為690°C ；
[0041](5)將熱軋板坯去頭尾各1.5m，去邊各0.15m，然後經過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光，得到8mm厚，7m長，0.Sm寬的初始複合板坯；複合板坯的樣品的截面背散射電子圖如圖5所示，可見板坯中存在較明顯的分層界面，以及還存在較多的疏鬆空洞，這說明板坯此時的內部結構還不夠緻密；
[0042](6)將初始複合板坯在精密二輥軋機中，按照道次變形量10%，總變形量為95% (相對於初始複合板坯)進行往復式冷軋；
[0043](7)將冷軋得到的複合帶材捲曲後放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護氣氛中以480°C的溫度退火I小時，然後隨爐冷卻；
[0044](8)將軋制中間熱處理得到的複合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機中，按照道次變形量10%，進行往復式牽引冷軋，總變形量為98.9% (相對於初始複合板坯)；得到厚度為0.09mm的複合冷軋帶材；該種帶材截取樣品的截面的背散射電子圖如圖6所示，從中可以看到明顯的1:2:1的三層結構，且此時基本無空洞存在；這說明熱軋後多道次的冷軋顯著提高了複合帶材內部的緻密度；
[0045](9)將冷軋複合帶材放入有高純Ar氣為保護氣氛的熱處理爐中退火；升溫速率為5°C /min，1100°C保溫I小時，然後隨爐冷卻；即製備得到外層為NiW合金，芯層為NiCr合金，0.09mm厚的複合基帶；該基帶樣品表面的EBSD微觀織構圖如圖7所示，立方織構(<10。)含量達到了 89.5%。
【權利要求】
1.一種金屬粉末軋制製備塗層超導體用強立方織構複合基帶的方法，其特徵在於，包括以下步驟:(I)將純度都大於99.9%的Ni粉和W粉，按照W的原子百分含量為7.5-8.5at%進行配比；將純度都大於99.9%的Ni粉和Cr粉，按照Cr的原子百分含量為13_15at%進行配比；將以上兩種混合金屬粉末分別在高速斜臥式混粉機中混合均勻；為防止金屬粉末氧化，混粉桶需抽真空處理，真空壓力需小於IOPa ;混粉桶轉速控制在80-100轉/分鐘；混粉時間在1-2小時之間； (2)將步驟(I)混合均勻的粉末分別倒入一體式相鄰並排的三個儲粉槽中；粉末放置順序分別為:中間儲粉槽內裝有NiCr混合粉末，外側兩個儲粉槽內均裝有NiW混合粉末；外層兩個儲粉槽開口寬度相同，中間儲粉槽開口寬度與外層儲粉槽開口寬度的比值在I?3之間；儲粉槽與軋輥成垂直式放置，兩軋輥在儲粉槽出粉口正下方，儲粉槽出粉經過兩軋輥間的空隙軋製成中間層為NiCr、兩外層為NiW的NiW-NiCr複合生板坯，軋制速度控制在0.5-1.2m/s 之間； (3)將步驟(2)製備得到的複合生板坯放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護氣氛中以1000-1100°C溫度燒結10-24小時； (4)將(3)中燒結完成的複合板坯不冷卻直接進行兩次連續熱軋，每次熱軋的道次變形量均控制在20-25%之間，中軋溫度控制在800°C以上，終軋溫度控制在650°C以上； (5)將步驟(4)熱軋板坯去頭尾各l-2m，去邊各0.1-0.2m，然後經過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光得到初始複合板坯； (6)將步驟(5)得到的初始複合板坯在精密二輥軋機中，按照道次變形量7-10%，總變形量相對於初始複合板坯為95%，進行往復式冷軋； (7)將步驟(6)冷軋得到的複合帶材捲曲後放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護氣氛中以450-600°C的溫度退火0.5-2小時，然後隨爐冷卻； (8)將(7)中得到的複合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機中，按照道次變形量7-10%，進行往復式牽引冷軋，總變形量為相對於步驟(5)所得初始複合板坯98.75-99% ； (9)將(8)中得到的冷軋複合帶材放入有高純Ar氣為保護氣氛的熱處理爐中退火；升溫速率為5°C /min, 1000-1100°C保溫1_1.5h ;即製備得到外層為NiW合金、芯層為NiCr合金複合基帶。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，複合生板坯中三層的厚度比值在1:1:1-1:3:1之間。
3.按照權利要求1的方法，其特徵在於，最終複合基帶的厚度為0.08-0.1mm。
4.按照權利要求1的方法，其特徵在於，步驟(2)—體式相鄰並排的三個儲粉槽為三個並列的方直桶，位於其下的兩軋輥使得所出粉料全部落入兩軋輥的間隙進行扎制。兩軋輥的間隙與平行於出粉料層。
【文檔編號】B22F3/18GK103817330SQ201410084297
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月8日 優先權日:2014年3月8日
【發明者】索紅莉, 孟易辰, 王毅, 馬麟, 田輝, 梁雅儒, 彭發學, 王盼 申請人:北京工業大學