[發明專利]無磁性高溫超導涂層導體用立方織構鎳基合金基帶的制備方法

有效

• 申請號: 201410147205.2
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103952592A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 王均安;劉二微;黃宏川;陳紀昌;張植權
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02;C22F1/10
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種無磁性、立方織構集中的高溫超導涂層導體用鎳基合金基帶及其制備方法，屬于高溫超導涂層導體金屬基帶技術領域。

背景技術

第二代高溫超導涂層導體YBa2Cu3O7-x(YBCO)自發現以來，以其優越的物理特性在電力、交通、運輸、磁體技術、軍事等諸多領域有著潛在應用，特別是在強電領域，有著廣泛的應用前景。金屬基帶作為超導涂層的載體，其優異性能是制備高性能涂層導體的基本保障。

目前高溫超導涂層導體的制備主要基于兩種技術，即離子束輔助沉積法和RABiTS法。這兩種方法都是在金屬基帶上通過緩沖層、過渡層、高溫超導涂層YBa2Cu3O7-x構成超導體，但對金屬基帶的織構有不同的要求。在離子束輔助沉積法制備中，對金屬基帶沒有織構要求，而是通過特殊的設備在獲得具有立方織構的緩沖層和過渡層，再通過外延生長出具有立方織構的高溫超導涂層；在采用RABiTS技術制備高溫超導涂層導體工藝中，要求金屬基帶具有集中立方織構和高屈服強度，這樣，就可以通過外延生長的方法將基帶的立方織構過渡到超導層，再通過高溫處理得到超導涂層導體。由于RABiTS技術在規模生產方面具有顯著的優勢，因此受到了極大的關注。

以YBCO作為超導涂層的導體的導電性能取決于導體的工作環境溫度，但金屬基帶的磁性會引起涂層導體在實際應用中的電流損耗。為了獲得高臨界電流密度，減少超導體在實際應用中交流損耗，期望金屬基帶的居里溫度要低于液氮溫度。因此，金屬基帶的織構、屈服強度和居里溫度對高溫超導涂層導體的制備和應用有著重要的影響。

鎳及其合金是研究最多的一種合金基帶。由于面心立方金屬獨特的形變和再結晶行為，在純鎳中非常容易得到高集中度的立方織構，因此純鎳基帶最早被用于高溫超導涂層導體的應用研究，但這種基帶高的居里溫度和較低的力學性能使其無法商用。為了改善鎳基帶的性能，人們在添加合金元素方面開展了大量的工作，其中添加合金元素鎢取得的結果備受關注：同純鎳基帶相比，已商業化生產的Ni5W合金基帶綜合性能都得到了大幅度的改善，但是Ni5W合金在液氮溫區仍然具有鐵磁性，其實際應用范圍受到了限制。當鎳鎢合金中鎢的含量增加至7~9.5at.%時，合金的居里溫度降低到液氮溫度以下，但合金的層錯能顯著降低，致使退火后的冷軋基帶難以像Ni5W合金一樣得到高達98%以上的立方織構，并且工業化生產困難。此外，也有文獻報道在鎳中添加13at.%Cr或9at.%V同樣可以在液氮溫區得到無磁性的立方織構基帶，然而，合金中高含量的鉻和釩在沉積緩沖層的溫度下極易氧化，會影響后續過渡層和超導層的外延生長和立方織構的形成，最終影響涂層導體的導電性能。在此基礎上，對三元合金Ni-Cr-W和Ni-Cr-V的研究結果表明，在鎳基中加入合金元素后合金的抗氧化性較純鎳差，織構的集中度變差，如Ni-Cr-W和Ni-Cr-V基帶的半高寬分別為Δω=10°,?Δφ=9.4°和Δω=8°,?Δφ=9°。因此，探索在液氮溫度下無磁性并且立方織構集中、力學性能良好的金屬基帶的制備技術顯得尤為重要。

盡管制備鎳基金屬基帶的方法被人為地區分為粉末冶金法和合金冶煉法，但關鍵的技術還是合金化學成分設計和形變-再結晶退火。采用粉末冶金法的目的是為了解決高熔點合金元素在鎳基體中的均勻合金化問題，但隨著冶煉技術的提高，合金元素均勻化分布問題已經得到了很好的解決。目前普遍采用的基帶制備工藝是：合金冶煉、鑄造、鍛造、熱軋、退火、酸洗、大形變量冷軋和退火。

本發明基于對合金原子磁矩的計算，提出了一種鎳基三元合金體系，通過通用的真空冶煉、形變-再結晶退火技術，獲得了無磁性、力學性能和抗氧化性良好、立方織構集中的鎳基合金及其制備方法。

發明內容

本發明的目的是提出一種無磁性、力學性能和抗氧化性良好、立方織構集中的鎳基合金基帶及其制備方法。此發明獲得的鎳基合金基帶具有集中的立方織構，并且在液氮溫度下表現為順磁性。

本發明提供一種無磁性、立方織構集中的高溫超導涂層導體用鎳基合金基帶，此合金基帶的組分及重量百分含量具體如下：

Ni?85~90wt.%?;?Cr?7~10wt.%?;?Mo?3~5wt.%

本發明提供一種無磁性、立方織構集中的高溫超導涂層導體用鎳基合金基帶的制備方法，其特征在于，包括以下工藝步驟：

（a）合金冶煉和鍛造