[發明專利]一種制備無磁性立方織構Ni-W合金基帶的方法

有效

• 申請號: 200910091892.X
• 申請日: 2009-08-28
• 公開（公告）號: CN101635186A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 高忙忙;索紅莉;趙躍;高培闊;祝永華;王建宏;劉敏;馬麟
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B12/06;C22C19/03;C22C1/04;C22F1/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 沈 波

技術領域

本發明涉及一種無磁性立方織構鎳-鎢(Ni-W)合金基帶的制備方法，屬于高溫超導涂層導體織構金屬基帶領域。

背景技術

自從發現以YBCO為代表的第二代涂層導體以來，由于其高的不可逆場以及低的臨界轉變溫度(77K以上)受到人們廣泛的青睞。壓延輔助雙軸織構技術是一種低廉的制備高性能涂層導體行之有效的方法，而此技術的關鍵之一就是獲得高質量的具有銳利立方織構的金屬基帶。目前，Ni及Ni合金是人們研究比較廣泛的基帶材料之一，世界上多家公司和研究機構已經能夠成功的制備出百米級的具有雙軸立方織構的Ni-5at.％W(Ni5W)合金基帶。但是由于Ni5W合金基帶在涂層導體的應用溫度下仍然具有鐵磁性，使得涂層導體在輸電過程中產生交流損耗，從而降低了其臨界電流密度。另外，Ni5W合金基帶的機械強度還不能進一步滿足制備高性能涂層導體的需要，有待進一步提高。增加NiW合金中鎢元素的含量能夠提高基帶的機械強度并降低其磁性能，當W含量達到9.3at.％時，其居里轉變溫度降到了77K以下。但是隨著鎢含量的增加，NiW合金的層錯能逐漸降低，使基帶的形變織構從銅型織構向黃銅型織構轉變，從而在后續的再結晶處理過程中不易獲得銳利的立方織構，這對制備高鎢含量立方織構鎳基合金基帶提出了挑戰。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備高強度、無磁性、具有立方織構，可用于外延生長氧化物過渡層以及后續YBCO超導層的鎳-鎢(Ni-W)合金金屬基帶的方法。

本發明通過高能球磨控制W粉粒度，并通過優化坯錠燒結溫度控制坯錠中富W區域的分布狀態后，將坯錠進行冷拔及冷軋，而后進行再結晶熱處理，獲得高強度、無磁性、立方織構，高W含量的Ni9.3％at.W合金基帶，具體包括以下步驟：

1)在保護性氣氛中，將純度為99.99％的W粉進行高能球磨，獲得粒度為500nm～10um的W顆粒，球磨工藝為每球磨15min后停5min，有效球磨時間為1～4h；再將W顆粒與純度為99.99％的Ni粉按照Ni與W的原子比為90.7∶9.3混合后，球磨4～10h，得到混合粉末；

2)將混合粉末采用冷等靜壓的方法制備初始坯錠，壓強為200MPa～250MPa，時間為3-8min；將初始坯錠在保護性氣氛下進行均勻化退火(以控制坯錠中富W區域的分布狀態，獲得有利于后續再結晶形核及溶質擴散的彌散W相不均勻分布的坯錠)，退火溫度為900℃～1200℃，退火時間為10h～24h；

3)將均勻化退火后的坯錠進行擠壓變形，變形量為20％～50％，而后在保護性氣氛中進行去應力退火(以消除擠壓變形中產生的加工硬化，退火溫度為400℃～550℃)，退火時間為30min～120min；

4)將去應力退火后的坯錠進行冷軋，道次變形量小于5％，總變形量大于99％，獲得厚度為50um～100um的冷軋基帶；

5)將冷軋基帶在保護性氣氛中進行再結晶熱處理，首先在600℃～750℃保溫30min～60min(即低溫形核熱處理從而形成大量的具有擇優長大優勢的立方晶核)后，升溫至1300℃～1450℃保溫60min～180min(使立方晶粒長大及吞并富W相處理)，得到無磁性立方織構Ni-W合金基帶。

其中，所述的保護性氣氛為Ar與H₂的混合氣體，混合氣體中H₂的體積分數為4％。步驟1)中所述的球磨方式為濕磨或干磨。

本發明的核心技術是：通過高能球磨，控制步驟1)中的初始W顆粒的粒度；控制步驟2)中的初始坯錠的均勻化退火工藝，使W在坯錠中處于未完全固溶狀態；控制步驟3)中的擠壓變形和步驟4)中的冷軋，使富W相形成長條狀分布于基帶中；控制步驟5)中的再結晶熱處理過程，使立方晶核優先在低W的區域形成并長大，逐漸吞并周圍晶粒并使W元素擴散均勻，最后形成成分均勻的高強度，無磁性，銳利立方織構的Ni9.3at.％W合金基帶。本發明的關鍵是冷軋基帶中“帶狀”富W區域分布狀態的控制以及后續高溫溶質擴散退火工藝的優化，富W區域的存在能夠使低W區域優先形成立方晶核并長大，而細小均勻的富W區域能夠使高溫擴散階段容易進行，使基帶整體成分均勻。

與采用溫軋工藝制備的高W含量(9.3at.％)Ni-W合金基帶相比，本發明方法制備的Ni-W合金基帶具有良好的表面質量和銳利的立方織構，可以直接外延生長過渡層和超導層；同時在液氮溫區沒有磁性，并具有很高的機械強度，可以滿足進一步提高YBCO涂層導體性能的要求。本發明采用冷軋的軋制方式，與溫軋相比軋制工藝簡單，更易實現工業化。

附圖說明