本發(fā)明涉及一種強(qiáng)立方織構(gòu)NiW合金基帶坯錠的制備方法，屬于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用基帶技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

以YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)為代表的稀土類鋇銅氧化物，屬于高溫超導(dǎo)材料，具有高的不可逆場(chǎng)，低的交流損耗，大大提升了超導(dǎo)材料的應(yīng)用溫度與磁場(chǎng)，但YBCO超導(dǎo)性能表現(xiàn)出強(qiáng)烈的各向異性，且與鉍系、鐵基、MgB₂等其他高溫超導(dǎo)材料相比，其相干長(zhǎng)度很小，臨界電流密度強(qiáng)烈地依賴于晶界夾角。為了獲得YBCO薄膜優(yōu)良的超導(dǎo)電性與機(jī)械性能，作為涂層導(dǎo)體基底的NiW合金基帶，承擔(dān)著外延織構(gòu)與承受一定應(yīng)力應(yīng)變兩大功能。因此高立方織構(gòu)度、高強(qiáng)度NiW合金基帶的制備是壓延輔助雙軸織構(gòu)基板法(RABiTS)制備釔系高溫超導(dǎo)材料的關(guān)鍵技術(shù)。

金屬材料組織與織構(gòu)的發(fā)展具有很強(qiáng)的“遺傳性”，良好的坯錠基礎(chǔ)是NiW合金基帶后續(xù)大形變冷軋及再結(jié)晶過(guò)程的重要保障。涂層導(dǎo)體用NiW合金基帶強(qiáng)立方織構(gòu)的形成建立在初始坯錠中W元素的均勻分布與晶粒尺寸的控制上：W元素的偏聚使坯錠局部層錯(cuò)能迅速降低，導(dǎo)致應(yīng)力集中形變不均勻，這對(duì)后續(xù)的銅型形變組織與強(qiáng)立方再結(jié)晶組織的形成來(lái)說(shuō)是致命的打擊；另一方面細(xì)化晶粒對(duì)立方織構(gòu)形成的積極意義已在各文獻(xiàn)中多次體現(xiàn)，相同的形變與再結(jié)晶條件下，晶粒尺寸小的坯錠形變過(guò)程更多的以位錯(cuò)滑移方式進(jìn)行，形變更均勻。

目前NiW合金基帶坯錠的制備主要分熔煉法與粉末冶金法兩大方向，德國(guó)Dresden實(shí)驗(yàn)室采用熔煉法制備Ni9.3W、Ni9.5W合金基帶，坯錠均勻化與晶粒細(xì)化采用了熱鍛、熱軋、均勻化熱處理及初始再結(jié)晶熱處理四大步驟，工藝路線長(zhǎng)，坯錠穩(wěn)定性差。

2007年美國(guó)休斯頓大學(xué)提出粉末冷等靜壓燒結(jié)的方式，制備Ni9W合金基帶；2008年趙躍采用放電等離子燒結(jié)，經(jīng)坯錠均勻化熱處理制備Ni9.3W合金基帶；2010年邱火勤等人設(shè)計(jì)熱等靜壓法(專利號(hào)：ZL201010167063.8)制備NiW合金復(fù)合基帶。以上提及的粉末冶金法制備NiW合金基帶均采用單質(zhì)Ni粉單質(zhì)W粉混合粉末球磨后置于石墨模具中進(jìn)行燒結(jié)，Ni與W在高溫高壓過(guò)程中合金化形成NiW合金固溶體。此方法W難以在短時(shí)間內(nèi)充分?jǐn)U散均勻，研究人員常常采用1200℃、24h高溫長(zhǎng)時(shí)間均勻化熱處理處理坯錠，但在保證W擴(kuò)散均勻的同時(shí)晶粒尺寸不可避免地長(zhǎng)大至80～100μm，因此，如何兼顧NiW合金坯錠W元素的均勻分布與細(xì)小晶粒尺寸的控制是NiW合金基帶研究亟待解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種合金粉末制備涂層導(dǎo)體用NiW合金基帶坯錠的方法，可以有效地避免傳統(tǒng)粉末冶金法制備NiW合金坯錠W元素分布不均勻及均勻化熱處理后晶粒尺寸過(guò)大的問(wèn)題，促進(jìn)了NiW合金基帶軋制過(guò)程銅型形變織構(gòu)及再結(jié)晶過(guò)程強(qiáng)立方織構(gòu)的形成。

所選NiW合金粉末采用氬氣霧化法生產(chǎn)，并在坯錠制備前進(jìn)行球磨預(yù)處理。球磨預(yù)處理細(xì)化合金粉末顆粒的同時(shí)壓實(shí)原始粉末中存在的空心粉，防止坯錠中引入封閉式氣孔、雜質(zhì)。

一種球磨合金粉末制備涂層導(dǎo)體用NiW合金基帶的方法包括以下步驟：

(1)NiW合金粉末預(yù)處理

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為5～12的NiW合金粉末，置于高能球磨機(jī)中球磨得到粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用15mm、10mm、5mm三種直徑的瑪瑙球，球磨級(jí)配為大中小球質(zhì)量比為1:4:3，球粉質(zhì)量比為6:1；球磨過(guò)程在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行，球磨轉(zhuǎn)速為150～200rpm/min，球磨時(shí)間共7h。

(2)NiW合金粉末替代單質(zhì)混合粉末放電等離子燒結(jié)

將步驟(1)得到的合金粉末置于石墨模具中，通過(guò)放電等離子燒結(jié)成型得到NiW合金坯錠。其中放電等離子燒結(jié)在真空條件下加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓強(qiáng)為30MPa；燒結(jié)溫度控制在850～880℃，升溫速度為100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。

(3)形變

將步驟(2)得到的NiW合金坯錠進(jìn)行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為900～1100℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％；冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比5％；冷軋過(guò)程加入軋制中間熱處理若干次(0-3次,即也可不加軋制中間熱處理)來(lái)緩解大變形量軋制造成的加工硬化，軋制中間熱處理溫度為550℃，保溫時(shí)間為60～120min。

(4)再結(jié)晶

將軋制好的NiW合金帶材經(jīng)兩步再結(jié)晶熱處理得到強(qiáng)立方織構(gòu)NiW合金基帶。第一步再結(jié)晶熱處理溫度為700～750℃保溫60min，第二步再結(jié)晶熱處理溫度為1050～1250℃保溫120min。

以上熱處理均在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛中進(jìn)行，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的NiW合金粉末制備涂層導(dǎo)體用NiW合金基帶坯錠的方法，得到了W元素分布均勻且晶粒尺寸細(xì)小的NiW合金坯錠，經(jīng)熱軋開坯，冷軋及兩步再結(jié)晶熱處理后得到了強(qiáng)立方織構(gòu)NiW合金基帶。與傳統(tǒng)工藝相比，此方法制備的NiW合金坯錠組織性能良好的同時(shí)工藝步驟簡(jiǎn)單，在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中節(jié)能效益明顯；適用范圍廣，可用于單層(見(jiàn)實(shí)施例1與2)復(fù)合(見(jiàn)實(shí)施例3))NiW合金基帶的坯錠制備。

附圖說(shuō)明

圖1、實(shí)施例1中Ni8W軋制至0.08mm后形變組織(111)極圖

圖2、實(shí)施例1中Ni8W再結(jié)晶熱處理后立方織構(gòu)含量EBSD圖

圖3、實(shí)施例2中Ni5W軋制至0.08mm后形變組織(111)極圖

圖4、實(shí)施例2中Ni5W再結(jié)晶熱處理后立方織構(gòu)含量EBSD圖

圖5、實(shí)施例3中Ni8W/Ni12W/Ni8W軋制至0.08mm后形變組織(111)極圖

圖6、實(shí)施例3中Ni8W/Ni12W/Ni8W再結(jié)晶熱處理后立方織構(gòu)含量EBSD圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅限于以下實(shí)施例。

實(shí)例1

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為8的NiW合金粉末，稱量20g置于高能球磨機(jī)中球磨粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用瑪瑙球，球磨級(jí)配為大中小球質(zhì)量比為1:4:3，球粉質(zhì)量比為6:1。球磨過(guò)程在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛下進(jìn)行，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200rpm/min，球磨時(shí)間共7h。球磨兩次共得到40g Ni8W合金粉末。將所得合金粉末稱量36.24g置于石墨模具中，通過(guò)放電等離子燒結(jié)成型，得到長(zhǎng)寬高為20*15*13mm的Ni8W合金坯錠。放電等離子燒結(jié)在真空條件下加壓燒結(jié),燒結(jié)壓強(qiáng)為30MPa，燒結(jié)溫度控制在850～880℃，升溫速度100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。然后將此Ni8W合金坯錠磨拋至12mm后進(jìn)行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為1100℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％。熱軋后的合金基帶去除表面氧化皮后冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為5％。冷軋過(guò)程加入3次550℃保溫120min的軋制中間熱處理：第一次軋制中間熱處理在軋至3mm時(shí)進(jìn)行，第二次軋制中間熱處理在軋至1mm時(shí)進(jìn)行，第三次軋制中間熱處理在軋至0.4mm時(shí)進(jìn)行。軋制中間熱處理在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛中進(jìn)行，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。最后將軋制好的Ni8W合金帶材經(jīng)兩步再結(jié)晶熱處理得到得到立方織構(gòu)含量(取向差10°以內(nèi))達(dá)96.5％的Ni8W基帶。兩步再結(jié)晶熱處理在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛中進(jìn)行，第一步再結(jié)晶熱處理溫度為750℃保溫60min，第二步再結(jié)晶熱處理溫度為1200℃保溫120min，升溫速度5℃/min隨爐冷卻。

實(shí)例2

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為5的NiW合金粉末，稱量20g置于高能球磨機(jī)中球磨粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用瑪瑙球，球磨級(jí)配為大中小球質(zhì)量比為1:4:3，球粉質(zhì)量比為6:1。球磨過(guò)程在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛下進(jìn)行，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200rpm/min，球磨時(shí)間共7h。球磨兩次共得到40g Ni5W合金粉末。將所得合金粉末稱量34.71g置于石墨模具中，通過(guò)放電等離子燒結(jié)成型，得到長(zhǎng)寬高為20*15*12.8mm的Ni5W合金坯錠。放電等離子燒結(jié)在真空條件下加壓燒結(jié),燒結(jié)壓強(qiáng)為30MPa，燒結(jié)溫度控制在850～880℃，升溫速度100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。然后將此Ni5W合金坯錠磨拋至12mm后進(jìn)行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為900℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％。熱軋后的合金基帶去除表面氧化皮后冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為5％。最后將軋制好的Ni5W合金帶材經(jīng)兩步再結(jié)晶熱處理得到得到立方織構(gòu)含量(取向差10°以內(nèi))達(dá)99％的Ni5W基帶。兩步再結(jié)晶熱處理在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛中進(jìn)行，第一步再結(jié)晶熱處理溫度為700℃保溫60min，第二步再結(jié)晶熱處理溫度為1200℃保溫120min，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。

實(shí)例3

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為8的NiW合金粉末,稱量20g置于高能球磨機(jī)中球磨得到粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用瑪瑙球，球磨級(jí)配為大中小球質(zhì)量比為1:4:3，球粉質(zhì)量比為6:1。球磨過(guò)程在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛下進(jìn)行，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200rpm/min，球磨時(shí)間共7h。球磨兩次共得到40g Ni8W合金粉末。采用同樣的方法球磨一次得到20g Ni12W合金粉末。分別稱量Ni8W合金粉末12.08g、Ni12W合金粉末12.74g與Ni8W合金粉末12.08g逐層置于石墨模具中，通過(guò)放電等離子燒結(jié)成型，得到長(zhǎng)寬高為20*15*13mm的Ni8W/Ni12W/Ni8W復(fù)合坯錠。放電等離子燒結(jié)在真空條件下加壓燒結(jié),燒結(jié)壓強(qiáng)為30MPa，燒結(jié)溫度控制在850～880℃，升溫速度為100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。然后將此Ni8W/Ni12W/Ni8W復(fù)合坯錠磨拋至12mm后進(jìn)行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為1100℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％。熱軋后的合金基帶去除表面氧化皮后冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為5％。冷軋過(guò)程加入3次550℃保溫120min的軋制中間熱處理：第一次軋制中間熱處理在軋至3mm時(shí)進(jìn)行，第二次軋制中間熱處理在軋至1mm時(shí)進(jìn)行，第三次軋制中間熱處理在軋至0.4mm時(shí)進(jìn)行。軋制中間熱處理在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛中進(jìn)行，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。最后將軋制好的Ni8W/Ni12W/Ni8W復(fù)合帶材經(jīng)兩步再結(jié)晶熱處理得到得到立方織構(gòu)含量(取向差10°以內(nèi))達(dá)96％的Ni8W/Ni12W/Ni8W復(fù)合基帶。兩步再結(jié)晶熱處理在H₂體積分?jǐn)?shù)為4％的A_r/H₂混合氣氛中進(jìn)行，第一步再結(jié)晶熱處理溫度為750℃保溫60min，第二步再結(jié)晶熱處理溫度為1250℃保溫120min，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。