一種金屬粉末軋制制備涂層超導(dǎo)體用強(qiáng)立方織構(gòu)復(fù)合基帶的方法
【專利摘要】一種金屬粉末軋制制備涂層超導(dǎo)體用強(qiáng)立方織構(gòu)復(fù)合基帶的方法，屬于高溫涂層超導(dǎo)基帶【技術(shù)領(lǐng)域】。所用原料為高純鎳粉、鎢粉和鉻粉，純度都在99.9%以上，采用粉末軋制的方法得到初始生板坯，然后經(jīng)過長時間高溫?zé)Y(jié)、熱軋、表面拋光處理得到層間結(jié)合致密的鎳鎢-鎳鉻復(fù)合初始坯錠；再經(jīng)過多道次冷軋、軋制中間回復(fù)熱處理、最終高溫再結(jié)晶退火，得到外層具有強(qiáng)立方織構(gòu)，芯層無磁性、高強(qiáng)度的鎳鎢-鎳鉻合金復(fù)合基帶。本發(fā)明以其特有的制備復(fù)合坯錠的方法，得到了高性能的鎳鎢-鎳鉻合金復(fù)合基帶。本發(fā)明所制備的合金基帶具有制備工藝便捷、強(qiáng)立方織構(gòu)含量、無鐵磁性、高強(qiáng)度等特點，并且易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種金屬粉末軋制制備涂層超導(dǎo)體用強(qiáng)立方織構(gòu)復(fù)合基帶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫涂層超導(dǎo)體用立方織構(gòu)鎳鎢-鎳鉻合金復(fù)合基帶的制備方法，屬于高溫涂層超導(dǎo)基帶【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]利用RABiTS技術(shù)路線制備涂層導(dǎo)體基帶的方法已經(jīng)被科學(xué)界研究了近20年?？棙?gòu)基帶因其制備成本低廉，生產(chǎn)效率高，在西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)被投入工業(yè)化生產(chǎn)并得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前，NiW合金基帶具有優(yōu)異的綜合性能(力學(xué)性能、抗氧化性能、磁性能、織構(gòu)性能等)，因此它是科學(xué)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(qiáng)立方織構(gòu)含量、無鐵磁性、高強(qiáng)度這幾點需求；而普通粉末冶金制備復(fù)合基帶坯錠的方法又難以實現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)。鑒于此，本發(fā)明采用粉末軋制的方法，制備得到無鐵磁性的NiCr合金為芯層，易得到強(qiáng)立方織構(gòu)的NiW合金為外層的復(fù)合生板坯。再經(jīng)過高溫長時間的燒結(jié)、連續(xù)兩道次的熱軋、多道次的冷軋以及軋制間回復(fù)熱處理。最終在高溫再結(jié)晶退火后，內(nèi)外層元素發(fā)生相互擴(kuò)散，得到基帶表面強(qiáng)立方織構(gòu)含量、無鐵磁性、高強(qiáng)度的復(fù)合型NiW-NiCr合金基帶。
[0004]本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)高性能復(fù)合基帶的大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出了一種強(qiáng)立方織構(gòu)、無鐵磁性復(fù)合型NiW-NiCr合金基帶的制備方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0006](I)將純度都大于99.9%的Ni粉和W粉，按照W的原子百分含量為7.5-8.5at%進(jìn)行配比；將純度都大于99.9%的Ni粉和Cr粉，按照Cr的原子百分含量為13_15at%進(jìn)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(jī)中混合均勻；為防止金屬粉末氧化，混粉桶需抽真空處理，真空壓力需小于IOPa ;混粉桶轉(zhuǎn)速控制在80-100轉(zhuǎn)/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并排的三個儲粉槽(如圖1中的I所示)中；粉末放置順序分別為:中間儲粉槽內(nèi)裝有NiCr混合粉末(如圖1中2所示)，外側(cè)兩個儲粉槽內(nèi)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(jīng)過兩軋輥間的空隙軋制成中間層為NiCr、兩外層為NiW的NiW-NiCr復(fù)合生板坯，軋制速度控制在0.5-1.2m/s之間；
[0008](3)將步驟(2)制備得到的復(fù)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(純度大于99.9%)為保護(hù)氣氛中以1000-1100°C溫度燒結(jié)10-24小時；[0009](4)將(3)中燒結(jié)完成的復(fù)合板坯不冷卻直接進(jìn)行兩次連續(xù)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，然后經(jīng)過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光得到初始復(fù)合板坯；
[0011](6)將步驟(5)得到的初始復(fù)合板坯在精密二輥軋機(jī)中，按照道次變形量7-10%，總變形量為95% (相對于初始復(fù)合板坯)進(jìn)行往復(fù)式冷軋；
[0012](7)將步驟(6)冷軋得到的復(fù)合帶材卷曲后放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護(hù)氣氛中以450-600°C的溫度退火0.5-2小時，然后隨爐冷卻；
[0013](8)將(7)中得到的復(fù)合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機(jī)中，按照道次變形量7-10%，進(jìn)行往復(fù)式牽引冷軋，總變形量為相對于步驟(5)所得初始復(fù)合板坯98.75-99% ；
[0014](9)將(8)中得到的冷軋復(fù)合帶材放入有高純Ar氣為保護(hù)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 ;即制備得到外層為NiW合金、芯層為NiCr合金復(fù)合基帶。
[0015]步驟(2) —體式相鄰并排的三個儲粉槽為三個并列的方直桶，位于其下的兩軋輥使得所出粉料全部落入兩軋輥的間隙進(jìn)行扎制。兩軋輥的間隙與平行于出粉料層。
[0016]優(yōu)選復(fù)合生板坯中三層的厚度相等。最終復(fù)合基帶的厚度優(yōu)選0.08-0.1mm。
[0017]本發(fā)明的關(guān)鍵在于制定一種特殊的涂層導(dǎo)體用鎳鎢-鎳鉻合金復(fù)合基帶的制備工藝，以獲得性能優(yōu)異的合金基帶；相較于傳統(tǒng)的單層鎳鎢合金基帶，在保證基帶表面強(qiáng)立方織構(gòu)含量的前提下，改善了基帶整體的鐵磁性能，提高了強(qiáng)度；相較于應(yīng)用普通粉末冶金制備的鎳鎢合金復(fù)合基帶，本發(fā)明更能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【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復(fù)合生板還；
[0019]圖2、實施例1中制備的NiW-NiCr合金復(fù)合板坯熱軋后，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中制備的NiW-NiCr合金復(fù)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中制備的NiW-NiCr合金復(fù)合基帶在再結(jié)晶熱處理后表面的EBSD微觀織構(gòu)圖(紅色表示小于10°偏差內(nèi)的立方織構(gòu)的晶粒，白色表示非立方織構(gòu)的晶粒；灰色線表示小于10°的小角度晶界，黑色線表示大于10°的大角度晶界)。
[0022]圖5、實施例2中制備的NiW-NiCr合金復(fù)合板坯熱軋后，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中制備的NiW-NiCr合金復(fù)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中制備的NiW-NiCr合金復(fù)合基帶在再結(jié)晶熱處理后表面的EBSD微觀織構(gòu)圖(紅色表示小于10°偏差內(nèi)的立方織構(gòu)的晶粒，白色表示非立方織構(gòu)的晶粒；灰色線表示小于10°的小角度晶界，黑色線表示大于10°的大角度晶界)?！揪唧w實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[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(jìn)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(jìn)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(jī)中混合均勻；混粉桶抽真空處理，真空度壓力為8Pa ;混粉桶轉(zhuǎn)速控制在80轉(zhuǎn)/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(nèi)側(cè)儲粉槽內(nèi)裝有NiCr混合粉末，外側(cè)兩個儲粉槽內(nèi)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 ;制備得到了 18mm厚，IOm長，Im寬的復(fù)合生板還,三層的厚度相等，見圖1 ;
[0029](3)將制備得到的復(fù)合生板坯放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護(hù)氣氛中以1100°c的溫度燒結(jié)15個小時；
[0030](4)將燒結(jié)完成的復(fù)合板坯不冷卻直接進(jìn)行兩次連續(xù)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，然后經(jīng)過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光，得到8mm厚，7m長，0.Sm寬的初始復(fù)合板坯；復(fù)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松空洞，這說明板坯此時的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還不夠致密；
[0032](6)將初始復(fù)合板坯在精密二輥軋機(jī)中，按照道次變形量7%，總變形量為95% (相對于初始復(fù)合板坯)進(jìn)行往復(fù)式冷軋；
[0033](7)將冷軋得到的復(fù)合帶材卷曲后放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護(hù)氣氛中以500°C的溫度退火I小時，然后隨爐冷卻；
[0034](8)將軋制中間熱處理得到的復(fù)合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機(jī)中，按照道次變形量7%，進(jìn)行往復(fù)式牽引冷軋，總變形量為99% (相對于初始復(fù)合板坯);得到厚度為
0.08mm的復(fù)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(jié)構(gòu)，且此時基本無空洞存在；這說明熱軋后多道次的冷軋顯著提高了復(fù)合帶材內(nèi)部的致密度；
[0035](9)將冷軋復(fù)合帶材放入有高純Ar氣為保護(hù)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，然后隨爐冷卻；即制備得到外層為NiW合金，芯層為NiCr合金，0.08mm厚的復(fù)合基帶；該基帶樣品表面的EBSD微觀織構(gòu)圖如圖4所示，立方織構(gòu)(<10。)含量達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jī)中混合均勻；混粉桶抽真空處理，真空度壓力為8Pa ;混粉桶轉(zhuǎn)速控制在90轉(zhuǎn)/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(nèi)側(cè)儲粉槽內(nèi)裝有NiCr混合粉末，外側(cè)兩個儲粉槽內(nèi)裝有NiW混合粉末；內(nèi)側(cè)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 ;制備得到了 18mm厚，IOm長，Im寬的復(fù)合生板坯，三層的厚度比分別為1:2:1，見圖1 ;
[0039](3)將制備得到的復(fù)合生板坯放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護(hù)氣氛中以1050°C的溫度燒結(jié)22個小時；
[0040](4)將燒結(jié)完成的復(fù)合板坯不冷卻直接進(jìn)行兩次連續(xù)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，然后經(jīng)過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光，得到8mm厚，7m長，0.Sm寬的初始復(fù)合板坯；復(fù)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松空洞，這說明板坯此時的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還不夠致密；
[0042](6)將初始復(fù)合板坯在精密二輥軋機(jī)中，按照道次變形量10%，總變形量為95% (相對于初始復(fù)合板坯)進(jìn)行往復(fù)式冷軋；
[0043](7)將冷軋得到的復(fù)合帶材卷曲后放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護(hù)氣氛中以480°C的溫度退火I小時，然后隨爐冷卻；
[0044](8)將軋制中間熱處理得到的復(fù)合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機(jī)中，按照道次變形量10%，進(jìn)行往復(fù)式牽引冷軋，總變形量為98.9% (相對于初始復(fù)合板坯)；得到厚度為0.09mm的復(fù)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(jié)構(gòu)，且此時基本無空洞存在；這說明熱軋后多道次的冷軋顯著提高了復(fù)合帶材內(nèi)部的致密度；
[0045](9)將冷軋復(fù)合帶材放入有高純Ar氣為保護(hù)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，然后隨爐冷卻；即制備得到外層為NiW合金，芯層為NiCr合金，0.09mm厚的復(fù)合基帶；該基帶樣品表面的EBSD微觀織構(gòu)圖如圖7所示，立方織構(gòu)(<10。)含量達(dá)到了 89.5%。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬粉末軋制制備涂層超導(dǎo)體用強(qiáng)立方織構(gòu)復(fù)合基帶的方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)將純度都大于99.9%的Ni粉和W粉，按照W的原子百分含量為7.5-8.5at%進(jìn)行配比；將純度都大于99.9%的Ni粉和Cr粉，按照Cr的原子百分含量為13_15at%進(jìn)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(jī)中混合均勻；為防止金屬粉末氧化，混粉桶需抽真空處理，真空壓力需小于IOPa ;混粉桶轉(zhuǎn)速控制在80-100轉(zhuǎn)/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并排的三個儲粉槽中；粉末放置順序分別為:中間儲粉槽內(nèi)裝有NiCr混合粉末，外側(cè)兩個儲粉槽內(nèi)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(jīng)過兩軋輥間的空隙軋制成中間層為NiCr、兩外層為NiW的NiW-NiCr復(fù)合生板坯，軋制速度控制在0.5-1.2m/s 之間； (3)將步驟(2)制備得到的復(fù)合生板坯放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護(hù)氣氛中以1000-1100°C溫度燒結(jié)10-24小時； (4)將(3)中燒結(jié)完成的復(fù)合板坯不冷卻直接進(jìn)行兩次連續(xù)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，然后經(jīng)過酸洗、打磨去氧化皮、表面拋光得到初始復(fù)合板坯； (6)將步驟(5)得到的初始復(fù)合板坯在精密二輥軋機(jī)中，按照道次變形量7-10%，總變形量相對于初始復(fù)合板坯為95%，進(jìn)行往復(fù)式冷軋； (7)將步驟(6)冷軋得到的復(fù)合帶材卷曲后放入真空熱處理爐中，在高純Ar氣為保護(hù)氣氛中以450-600°C的溫度退火0.5-2小時，然后隨爐冷卻； (8)將(7)中得到的復(fù)合帶材在帶有牽引裝置的精密四輥軋機(jī)中，按照道次變形量7-10%，進(jìn)行往復(fù)式牽引冷軋，總變形量為相對于步驟(5)所得初始復(fù)合板坯98.75-99% ； (9)將(8)中得到的冷軋復(fù)合帶材放入有高純Ar氣為保護(hù)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 ;即制備得到外層為NiW合金、芯層為NiCr合金復(fù)合基帶。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，復(fù)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(quán)利要求1的方法，其特征在于，最終復(fù)合基帶的厚度為0.08-0.1mm。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(2)—體式相鄰并排的三個儲粉槽為三個并列的方直桶，位于其下的兩軋輥使得所出粉料全部落入兩軋輥的間隙進(jìn)行扎制。兩軋輥的間隙與平行于出粉料層。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年3月8日
【發(fā)明者】索紅莉, 孟易辰, 王毅, 馬麟, 田輝, 梁雅儒, 彭發(fā)學(xué), 王盼 申請人:北京工業(yè)大學(xué)