專利名稱：Ni基合金復(fù)合基帶及其粉末冶金制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫涂層超導(dǎo)強(qiáng)化韌性基帶技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
釔鋇銅氧(即YBa2Cu3O7-x通常簡寫為YBCO)涂層高溫超導(dǎo)帶材是通過生長在帶有隔離層的雙軸織構(gòu)金屬基帶上制備而成的。由于金屬Ni很容易形成雙軸立方織構(gòu)，在涂層超導(dǎo)研究初期多采用金屬純Ni作為YBCO帶材的基帶材料，但是純Ni具有鐵磁性，屈服強(qiáng)度低，不能完全滿足YBCO涂層超導(dǎo)基帶應(yīng)用的要求。中國專利CN1740357(
公開日2006.3.1)公開了在Ni中固溶一定量的W元素以解決上述問題，當(dāng)W的原子百分含量低于5％(簡寫為Ni5W)時，容易獲得強(qiáng)的雙軸立方織構(gòu)，但基帶的機(jī)械強(qiáng)度和磁性仍然不能滿足高溫超導(dǎo)帶材在高場和交流下應(yīng)用的要求；而當(dāng)W的原子百分含量高于9.3％(簡寫為Ni9.3W)，盡管基帶的磁性完全消失，機(jī)械性能也大幅度提高，但再結(jié)晶織構(gòu)中立方織構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)急劇下降，不易制備強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)的NiW合金基帶。為了解決上述矛盾，德國在2003年(參見文獻(xiàn)Acta Materialia 51(2003)4919-4927)分別采用Ni3W或Ni4.5W作為外套管，在其中插入高強(qiáng)度、低磁性的Ni15％Cr或Ni10％Cr1.5％Al(均為原子百分含量)棒作為芯材形成復(fù)合的初始錠，然后經(jīng)過熱鍛和熱軋制得復(fù)合基帶，最后通過退火在Ni3W或Ni4.5W外層形成立方織構(gòu)。盡管相比純的Ni5W合金基帶其強(qiáng)度和磁性都有所改善，但這種復(fù)合錠要通過熱軋最終形成機(jī)械復(fù)合的合金基帶，該基帶的表層和內(nèi)層之間只是簡單的物理結(jié)合，在后期的軋制和后處理過程中很容易分層和開裂，另外熱軋工藝的使用嚴(yán)重影響了軋制織構(gòu)，熱軋后使形成再結(jié)晶立方織構(gòu)所需的銅型軋制織構(gòu)的百分含量嚴(yán)重下降，所以很難通過這種復(fù)合方法制備出強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)的復(fù)合基帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過粉末冶金方法提高Ni基合金復(fù)合基帶的機(jī)械強(qiáng)度，降低復(fù)合基帶磁性，解決現(xiàn)有復(fù)合基帶制備過程中，表層和芯層容易開裂，不易獲得強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)的問題，為YBCO涂層超導(dǎo)帶材提供一種高強(qiáng)度、低磁性、具有強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)的Ni基合金復(fù)合基帶及其粉末冶金制備方法。
本發(fā)明所提供的Ni基合金復(fù)合基帶，由表層和芯層復(fù)合而成，表層和芯層為W的原子百分含量分別為3-7％和9.3-12％的NiW合金。
本發(fā)明所提供的Ni基合金復(fù)合基帶的粉末冶金制備方法，包括以下步驟(1)初始粉末的混合與模具填充將W的原子百分含量為3-7％的NiW粉(代號為B粉)及W的原子百分含量為9.3-12％的NiW粉(代號為A粉)分別進(jìn)行研磨，將研磨好的粉末按照B-A-B的順序分層置于模具中；(2)復(fù)合壓坯的壓制與燒結(jié)方法一是將已分層置于模具中的上述粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，壓力為150-300MPa，將壓制好的復(fù)合坯錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)中于1000-1300℃下進(jìn)行均勻化燒結(jié)處理，燒結(jié)時間為5-10h；方法二是采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，將已分層填充好粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，在真空條件下邊加壓邊燒結(jié)，燒結(jié)溫度為850-1000℃，時間為20-60min；(3)燒結(jié)復(fù)合坯錠的形變軋制對燒制成的復(fù)合坯錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為5-20％，總的變形量大于95％，得到厚度為60-200μm的冷軋基帶；(4)冷軋基帶的再結(jié)晶熱處理冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)或真空條件下于1000-1300℃下退火0.5-2h；或者在700℃下退火30-60min，然后再升溫至1100℃退火30-60min，得到具有雙軸立方織構(gòu)的Ni基合金復(fù)合基帶。
本發(fā)明采用低W含量的NiW合金作為復(fù)合基帶的表層，通過再結(jié)晶退火后形成利于過渡層外延生長的強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)，如圖1-圖5，復(fù)合基帶的(111)面極圖中都顯示了四個非常集中的衍射峰，表明采用本發(fā)明方法制備的Ni基合金復(fù)合基帶具有強(qiáng)雙軸立方織構(gòu)。
本發(fā)明采用具有高強(qiáng)度、無磁性特點(diǎn)的高W含量(原子百分含量大于9.3％)的NiW合金作為芯層增加了復(fù)合基帶的機(jī)械強(qiáng)度，該復(fù)合基帶的屈服強(qiáng)度值見表1，由表1可知，相比純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的機(jī)械強(qiáng)度有大幅度提高，屈服強(qiáng)度值最高可達(dá)275MPa，是純Ni基帶屈服強(qiáng)度值的6.9倍，是Ni5W合金基帶屈服強(qiáng)度值的1.8倍。
采用本發(fā)明方法制備的復(fù)合基帶的磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線見圖6，由圖可見，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的磁性也大大降低，在YBCO高溫超導(dǎo)帶材應(yīng)用的溫度77K下，復(fù)合基帶的磁化強(qiáng)度最小僅為純Ni基帶的1/7，為Ni5W合金基帶的1/5。


圖1實(shí)施例1中復(fù)合基帶表面的(111)面極圖。
圖2實(shí)施例2中復(fù)合基帶表面的(111)面極圖。
圖3實(shí)施例3中復(fù)合基帶表面的(111)面極圖。
圖4實(shí)施例4中復(fù)合基帶表面的(111)面極圖。
圖5實(shí)施例5中復(fù)合基帶表面的(111)面極圖。
圖6實(shí)施例4和5中復(fù)合基帶和純Ni，Ni5W，Ni9.3W合金基帶的磁性比較磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1將W的原子百分含量為5％的NiW粉(代號為B粉)及W的原子百分含量為10％的NiW粉(代號為A粉)分別進(jìn)行研磨，將研磨好的粉末按照B-A-B的順序分層置于模具中；采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，將已分層填充好粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備(日本產(chǎn)的SPS-3.20-MV型放電等離子燒結(jié)設(shè)備)中，在真空條件下邊加壓邊燒結(jié)，燒結(jié)溫度為850℃，時間為60min；對燒制成的復(fù)合坯錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為5-13％，總的變形量大于95％，得到厚為100μm冷軋基帶；冷軋基帶在700℃下退火30min，然后再升溫至1100℃退火60min，得到最終產(chǎn)品Ni基合金復(fù)合基帶。該基帶的(111)面極圖如圖1所示；該基帶在室溫下的屈服強(qiáng)度值為190MPa，是純Ni基帶屈服強(qiáng)度值的4.8倍，是Ni5W合金基帶屈服強(qiáng)度值的1.3倍。
實(shí)施例2將W的原子百分含量為7％的NiW粉(代號為B粉)及W的原子百分含量為10％的NiW粉(代號為A粉)分別進(jìn)行研磨，將研磨好的粉末按照B-A-B的順序分層置于模具中；將已分層置于模具中粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，壓力范圍為150MPa，將壓制好的復(fù)合坯錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行均勻化燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為1000℃，時間為5h；對燒制成的復(fù)合坯錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為5-20％，總的變形量大于95％，得到厚為200μm冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛下于1000℃退火2h，得到最終產(chǎn)品Ni基合金復(fù)合基帶。該復(fù)合基帶的(111)面極圖如圖2所示；該復(fù)合基帶的強(qiáng)度也大大提高，在室溫下的屈服強(qiáng)度值為220MPa，是純Ni基帶屈服強(qiáng)度值的5.5倍，是Ni5W合金基帶屈服強(qiáng)度值的1.5倍。
實(shí)施例3將W的原子百分含量為3％的NiW粉(代號為B粉)及W的原子百分含量為9.3％的NiW粉(代號為A粉)分別進(jìn)行研磨，將研磨好的粉末按照B-A-B的順序分層置于模具中；將已分層置于模具中粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，壓力范圍為300MPa，將壓制好的復(fù)合坯錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行均勻化燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為1200℃，時間為8h。對燒制成的復(fù)合坯錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為5-20％，總的變形量大于95％，得到厚為180μm冷軋基帶；冷軋基帶在真空條件(10-6Pa)下于1200℃退火0.5h，得到最終產(chǎn)品Ni基合金復(fù)合基帶。該基帶的(111)面極圖如圖3所示；該復(fù)合基帶的強(qiáng)度也大大提高，在室溫下的屈服強(qiáng)度值為175MPa，是純Ni基帶屈服強(qiáng)度值的4.4倍，是Ni5W合金基帶屈服強(qiáng)度值的1.2倍。
實(shí)施例4將W的原子百分含量為5％的NiW粉(代號為B粉)及W的原子百分含量為12％的NiW粉(代號為A粉)分別進(jìn)行研磨，將研磨好的粉末按照B-A-B的順序分層置于模具中；將已分層置于模具中粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，壓力范圍為200MPa，將壓制好的復(fù)合坯錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)下進(jìn)行均勻化燒結(jié)處理，燒結(jié)溫度為1300℃，時間為10h。對燒制成的復(fù)合坯錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為5-20％，總的變形量大于95％，得到厚為60μm冷軋基帶；冷軋基帶在700℃下退火60min，然后再升溫至1100℃退火30min，得到最終產(chǎn)品Ni基合金復(fù)合基帶。該基帶的(111)面極圖如圖4所示；該復(fù)合基帶的強(qiáng)度也大大提高，在室溫下的屈服強(qiáng)度值為275MPa，是純Ni基帶屈服強(qiáng)度值的6.9倍，是Ni5W合金基帶屈服強(qiáng)度值的1.8倍。復(fù)合基帶的磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線見圖6，由圖可見，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的磁性大大降低，在77K下，該復(fù)合基帶的磁化強(qiáng)度約為純Ni基帶的1/4，為Ni5W合金基帶的2/5。
實(shí)施例5將W的原子百分含量為7％的NiW粉(代號為B粉)及W的原子百分含量為10％的NiW粉(代號為A粉)分別進(jìn)行研磨，將研磨好的粉末按照B-A-B的順序分層置于模具中；采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，將已分層填充好粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備(日本產(chǎn)的SPS-3.20-MV型放電等離子燒結(jié)設(shè)備)中，在真空條件下邊加壓邊燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000℃，時間為20min。對燒制成的復(fù)合坯錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為8-18％，總的變形量大于95％，得到厚為150μm冷軋基帶；冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)氣氛中1300℃退火1h，即可得到最終產(chǎn)品Ni基合金復(fù)合基帶。該基帶的(111)面極圖如圖5所示；該復(fù)合基帶的強(qiáng)度也大大提高，在室溫下的屈服強(qiáng)度值為260MPa，是純Ni基帶屈服強(qiáng)度值的6.5倍，是Ni5W合金基帶屈服強(qiáng)度值的1.7倍。復(fù)合基帶的磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線見圖6，由圖可見，相比于純Ni基帶和Ni5W合金基帶，該復(fù)合基帶的磁性大大降低，在77K下，該復(fù)合基帶的磁化強(qiáng)度約為純Ni基帶的1/7，為Ni5W合金基帶的1/5。
表1復(fù)合基帶在室溫下的屈服強(qiáng)度

權(quán)利要求
1.一種Ni基合金復(fù)合基帶，由表層和芯層復(fù)合而成，表層和芯層為W的原子百分含量分別為3-7％和9.3-12％的NiW合金。
2.一種Ni基合金復(fù)合基帶的粉末冶金制備方法，包括以下步驟(1)初始粉末的混合與模具填充將W的原子百分含量為3-7％的NiW粉(代號為B粉)及W的原子百分含量為9.3-12％的NiW粉(代號為A粉)分別進(jìn)行研磨，將研磨好的粉末按照B-A-B的順序分層置于模具中；(2)復(fù)合壓坯的壓制與燒結(jié)方法一是將已分層置于模具中的上述粉末采用傳統(tǒng)的粉末冶金冷等靜壓壓制成形，壓力為150-300MPa，將壓制好的復(fù)合坯錠在Ar/H2混合氣體保護(hù)中于1000-1300℃下進(jìn)行均勻化燒結(jié)處理，燒結(jié)時間為5-10h；方法二是采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)，將已分層填充好粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，在真空條件下邊加壓邊燒結(jié)，燒結(jié)溫度為850-1000℃，時間為20-60min；(3)燒結(jié)復(fù)合坯錠的形變軋制對燒制成的復(fù)合坯錠進(jìn)行冷軋，道次變形量為5-20％，總的變形量大于95％，得到厚度為60-200μm的冷軋基帶；(4)冷軋基帶的再結(jié)晶熱處理冷軋基帶在Ar/H2混合氣體保護(hù)或真空條件下于1000-1300℃下退火0.5-2h；或者在700℃下退火30-60min，然后再升溫至1100℃退火30-60min，得到具有雙軸立方織構(gòu)的Ni基合金復(fù)合基帶。
全文摘要
一種Ni基合金復(fù)合基帶及其粉末冶金制備方法屬于高溫涂層超導(dǎo)強(qiáng)化韌性基帶技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所提供的Ni基合金復(fù)合基帶，表層和芯層為W的原子百分含量分別為3－7％和9.3－12％的NiW合金。其制備方法為將W的原子百分含量分別為3－7％和9.3－12％的NiW合金粉末(代號B粉和A粉)按照B－A－B的順序置于模具中；采用冷等靜壓壓制成形后再燒結(jié)，或采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)邊壓制邊燒結(jié)得到復(fù)合錠；冷軋復(fù)合錠，道次變形量為5－20％，總的變形量大于95％，得到厚度為60－200μm的基帶；該基帶在Ar/H
文檔編號B21B37/74GK1844430SQ20061008087
公開日2006年10月11日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者劉敏, 索紅莉, 趙躍, 何東, 張迎肖, 馬驎, 周捷, 李亞明, 周美玲 申請人:北京工業(yè)大學(xué)