涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶及其制備方法。合金基帶的組成及重量百分含量為Ni(73.9~85.4wt.%),Cr(7.8~12.5wt.%),Co(0.2~1wt.%),Mo(2~8wt.%),Fe(3wt.%),Cu(1.6wt.%)。其制備方法是，采用純度99.95%以上的Ni、Cr、Co、Mo、Fe和Cu，按照不同成分配比配料并在真空感應(yīng)熔煉爐中冶煉，獲得鎳基合金初始坯錠；合金坯錠經(jīng)過(guò)1050℃均勻化處理20h，在1100℃加熱保溫30min后熱鍛；鍛件經(jīng)過(guò)熱軋、中間退火和酸洗處理后，冷軋成厚度為80mm的合金基帶；將冷軋基帶用丙酮超聲清洗后進(jìn)行真空再結(jié)晶退火，退火過(guò)程中升溫速率保持在5~15℃/min，退火溫度控制在950~1050℃，保溫時(shí)間為120min。本發(fā)明得到的鎳基合金基帶在保證織構(gòu)質(zhì)量的前提下降低了磁性能，同時(shí)大大提高了合金的力學(xué)性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶及其制備方法，屬于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體金屬基帶【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在采用軋制輔助雙軸織構(gòu)技術(shù)(RABiTS)制備二代高溫超導(dǎo)涂層YBa2Cu3CVx (YBCO)導(dǎo)線工藝中，作為超導(dǎo)涂層載體的金屬基帶對(duì)超導(dǎo)涂層的質(zhì)量和最終獲得的超導(dǎo)線的導(dǎo)電性能有顯著的影響。金屬基帶的織構(gòu)會(huì)影響外延生長(zhǎng)的涂層的晶粒取向，導(dǎo)致超導(dǎo)層臨界電流密度的變化；而金屬基帶的力學(xué)性能，尤其是屈服強(qiáng)度，會(huì)影響涂層制備工藝選擇以及由此造成的涂層與基帶結(jié)合強(qiáng)度的變化。因此，探索和開(kāi)發(fā)既具有集中的立方織構(gòu)、又具有合適屈服強(qiáng)度的金屬基帶，一直是RABiTS技術(shù)中的重要內(nèi)容之一。
[0003]純鎳是最早應(yīng)用RABiTS技術(shù)制備二代高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)線的基帶材料。其經(jīng)過(guò)軋制和再結(jié)晶退火后很容易形成集中的立方織構(gòu)，能夠較好的匹配YBCO晶格，且具有較好的抗氧化性，但也存在不可忽視的本征缺陷，如力學(xué)性能較差(屈服強(qiáng)度59MPa)，常溫下呈現(xiàn)鐵磁性，在沉積過(guò)渡層和超導(dǎo)層的工藝溫度下理化性質(zhì)不穩(wěn)定等。為了彌補(bǔ)純鎳的這種缺陷，合金化技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。在純鎳中添加合金元素后一方面可以降低居里溫度，另一方面通過(guò)固溶強(qiáng)化，大大提高了合金的強(qiáng)度，但合金元素的添加也會(huì)降低合金的層錯(cuò)能，致使塑性變形機(jī)制由原來(lái)的交滑移轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟袔ё冃位驅(qū)\生變形，最終影響立方織構(gòu)的生成。
[0004]目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的是鎳鎢合金基帶，其中Ni_5at.%W基帶已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)。研究表明，分別添加2，3，5，7，9at.%ff后其屈服強(qiáng)度由127MPa增加至270MPa，然而添加7?9.5at.%W降低了合金的層錯(cuò)能，致使退火后的合金基帶的立方織構(gòu)份額僅45%左右(取向差<15° )，難以達(dá)到98%以上。除此之外，研究人員對(duì)添加Cr、Mo、V等能夠顯著降低磁性能的合金元素也進(jìn)行了大量的研究。研究發(fā)現(xiàn)，在純鎳中添加13at.%Cr或9at.%V同樣可以在液氮溫區(qū)得到無(wú)磁性的立方織構(gòu)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(huì)影響后續(xù)過(guò)渡層和超導(dǎo)層的外延生長(zhǎng)和立方織構(gòu)的形成。添加5at.%Mo在退火后更容易得到旋轉(zhuǎn)立方取向，大大降低了立方取向的集中度。對(duì)三元合金如N1-Cr-W和N1-Cr-V的研究結(jié)果也表明，在純鎳中加入合金元素后抗氧化性和立方織構(gòu)的集中度都不同程度下降。因此，制備高強(qiáng)度，高立方織構(gòu)且低磁或無(wú)磁的合金基帶仍是目前超導(dǎo)領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明在純鎳中添加多種合金元素，晶粒得到細(xì)化，在保證織構(gòu)集中度的前提下，大大提高了合金基帶的屈服強(qiáng)度，同時(shí)一定程度上降低了合金的磁性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶及其制備方法。通過(guò)添加多種合金元素、冶煉、以及形變與再結(jié)晶，獲得了具有高屈服強(qiáng)度、高立方織構(gòu)且抗氧化性良好的合金基帶。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶，其組分及質(zhì)量百分比為:Ni73.9?85.4 wt.%，Cr 7.8?12.5 wt.%，Co 0.2?I wt.%，Mo 2?8 wt.%，F(xiàn)e 3 wt.%，Cu 1.6
wt.%。
[0008]一種涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶的制備方法，具有以下的工藝過(guò)程和步驟:
(a)合金冶煉和鍛造
將純度均為99.95%以上的N1、Cr、Co、Mo、Fe和Cu按照上述成分配比進(jìn)行稱重配料，將六種原材料置于真空感應(yīng)熔煉爐中冶煉，獲得鎳基合金初始坯錠；將坯錠在1050°C下均勻化處理20h，然后熱鍛成(4(T45)mmX (l(T20)mmX (l(T20)mm的鍛件；
(b)鍛件熱軋和冷軋
將鍛件隨爐升溫至1100°C并保溫30min后熱軋，道次壓下量為3?10%，總壓下量為30^50% ;熱軋板經(jīng)過(guò)1050°C中間退火和酸洗處理后，進(jìn)行道次壓下量不大于10%、總壓下量98%以上的冷軋，最終獲得厚度為80mm的合金基帶；
(C)冷軋基帶的再結(jié)晶退火
在真空條件下，以5?15°C /min的升溫速率將冷軋基帶升溫至95(Tl050°C，保溫120min ;或以5?15°C /min的升溫速率升溫至750°C時(shí)保溫30min，然后再以相同的升溫速率升溫至95(Tl050°C并保溫120min。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步:
本發(fā)明在純鎳中添加多種合金元素，在保證織構(gòu)質(zhì)量的前提下降低了磁性能，同時(shí)大大提高了合金的力學(xué)性能；與純鎳及二元和三元鎳基合金相比，本發(fā)明的六元鎳基合金基帶通過(guò)固溶強(qiáng)化作用不僅提高了合金的力學(xué)性能，細(xì)化了晶粒，并且易于得到集中的立方織構(gòu)。通過(guò)本發(fā)明得到的鎳基合金基帶更能滿足制備高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的實(shí)際需要。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為實(shí)施例1中不同升溫速率下的X射線衍射圖。
[0011]圖2為實(shí)施例1中合金基帶退火后(111)極圖。
[0012]圖3為實(shí)施例2中合金基帶退火后(111)極圖。
[0013]圖4為實(shí)施例3中合金基帶退火后(111)極圖。
[0014]圖5為實(shí)施例1，2，3中合金基帶在1050°C退火后的得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
將純度均為 99.95% 以上的 N1、Cr、Co、Mo、Fe、Cu 按照 73.9%、12.5%、1%、8%、3% 及1.6%的重量百分比進(jìn)行配料，配料經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉爐充分冶煉后，獲得初始坯錠；將坯錠在1050°C下均勻化處理20h，使合金化學(xué)成分更加均勻，然后將坯錠熱鍛成尺寸為45X15X 13mm的鍛件；將鍛件隨爐升溫至1100°C保溫30min后進(jìn)行熱軋，道次壓下量約為10%,最后得到厚度為4.88mm的熱軋板。將熱軋板在1050°C退火處理和酸洗后,進(jìn)行道次壓下量為3?10%、總壓下量為98.4%的冷軋，獲得厚度為80mm的合金基帶。將冷軋基帶用丙酮超聲清洗除油后在真空環(huán)境下進(jìn)行退火，退火工藝為以15°C /min的升溫速率升至1050°C保溫120min，最終得到立方織構(gòu)基帶。該合金基帶的X射線衍射分析結(jié)果見(jiàn)圖1，該合金基帶的(111)極圖示于圖2，立方織構(gòu)集中度:面外和面內(nèi)FWHM分別為Dco =6.0。和?Φ=6.8°，體積分?jǐn)?shù)為82%，該合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示，屈服強(qiáng)度為92MPa。說(shuō)明此合金可以獲得較高強(qiáng)度和高集中度的立方織構(gòu)。
[0016]實(shí)施例2
將純度均為 99.95% 以上的 N1、Cr、Co、Mo、Fe、Cu 按照 79.9%、11%、0.5%、4%、3% 及1.6%的重量百分比進(jìn)行配料，配料經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉爐充分冶煉后，獲得初始坯錠；將坯錠在1050°C下均勻化處理20h，使合金化學(xué)成分更加均勻，然后將坯錠熱鍛成尺寸為43X 16X 14mm的鍛件；將鍛件隨爐升溫至1100°C保溫30min后進(jìn)行熱軋，道次壓下量約為10%，最后得到厚度為4.82mm的熱軋板。將熱軋板在1050°C退火處理和酸洗后，進(jìn)行道次壓下量為3?10%、總壓下量為98.3%的冷軋，獲得厚度為80mm的合金基帶。將冷軋基帶用丙酮超聲清洗除油后在真空環(huán)境下進(jìn)行退火，退火工藝為10°C /min的升溫速率升至750°C保溫30min然后再以10°C /min的升溫速率升至1000°C保溫120min，最終得到立方織構(gòu)基帶。該合金基帶的(111)極圖示于圖3，立方織構(gòu)集中度:面外和面內(nèi)FWHM分別為Dco =6.2°和?Φ=7.1°，體積分?jǐn)?shù)為98%，該合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示，屈服強(qiáng)度為140MPa。說(shuō)明此合金可以獲得高強(qiáng)度高集中度的立方織構(gòu)。
[0017]實(shí)施例3
將純度均為 99.95% 以上的 N1、Cr、Co、Mo、Fe、Cu 按照 85.4%、7.8%、0.2%、2%、3% 及1.6%的重量百分比進(jìn)行配料，配料經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉爐充分冶煉后，獲得初始坯錠；將坯錠在1050°C下均勻化處理20h，使合金化學(xué)成分更加均勻，然后將坯錠熱鍛成尺寸為41 X 19X 12mm的鍛件；將鍛件隨爐升溫至1100°C保溫30min后進(jìn)行熱軋，道次壓下量約為10%，最后得到厚度為4.92mm的熱軋板。將熱軋板在1050°C退火處理和酸洗后，進(jìn)行道次壓下量為3?10%、總壓下量為98.4%的冷軋，獲得厚度為80mm的合金基帶。將冷軋基帶用丙酮超聲清洗除油后在真空環(huán)境下進(jìn)行退火，退火工藝為10°C /min的升溫速率升至950°C保溫120min，最終得到立方織構(gòu)基帶。該合金基帶的(111)極圖示于圖4，立方織構(gòu)集中度:面外和面內(nèi)FWHM分別為Dco =5.1°和?φ=7.2°，體積分?jǐn)?shù)為96%，該合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示，屈服強(qiáng)度為148MPa。說(shuō)明此合金可以獲得高強(qiáng)度高集中度的立方織構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶，其特征在于，其組分及質(zhì)量百分比為:Ni 73.9?85.4 wt.%，Cr 7.8?12.5 wt.%，Co 0.2?I wt.%，Mo 2?8 wt.%，F(xiàn)e 3 wt.%，Cu1.6 wt.%。
2.一種涂層導(dǎo)體用高強(qiáng)度立方織構(gòu)鎳基合金基帶的制備方法，其特征在于，具有以下的工藝過(guò)程和步驟: (a)合金冶煉和鍛造 將純度均為99.95%以上的N1、Cr、Co、Mo、Fe和Cu按照上述成分配比進(jìn)行稱重配料，將六種原材料置于真空感應(yīng)熔煉爐中冶煉，獲得鎳基合金初始坯錠；將坯錠在1050°C下均勻化處理20h，然后熱鍛成(4(T45)mmX (l(T20)mmX (l(T20)mm的鍛件； (b)鍛件熱軋和冷軋 將鍛件隨爐升溫至1100°C并保溫30 min后熱軋，道次壓下量為3?10%，總壓下量為30^50% ;熱軋板經(jīng)過(guò)1050°C中間退火和酸洗處理后，進(jìn)行道次壓下量不大于10%、總壓下量98%以上的冷軋，最終獲得厚度為80 mm的合金基帶； (C)冷軋基帶的再結(jié)晶退火 在真空條件下，以5?15°C /min的升溫速率將冷軋基帶升溫至95(Tl050°C，保溫120min ;或以5?15°C /min的升溫速率升溫至750°C時(shí)保溫30min，然后再以相同的升溫速率升溫至95(Tl050°C并保溫120 min。
【文檔編號(hào)】C22F1/10GK104404306SQ201410446816
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】王均安, 劉二微, 黃宏川, 陳紀(jì)昌, 張植權(quán), 王華明, 周瑩 申請(qǐng)人:上海大學(xué)