專利名稱：鎳基金屬材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及1種鎳基金屬材料及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明的材料舉例來說可用作帶有顯微結(jié)構(gòu)高度定向的物理化學(xué)涂層的基材。這種基材適宜作為陶瓷涂層的基底，它可應(yīng)用于高溫超導(dǎo)領(lǐng)域。如可應(yīng)用于超導(dǎo)磁體、變壓器、電動機、X射線斷層攝影機或超導(dǎo)電流通路。這種材料也可應(yīng)用于磁性體領(lǐng)域，例如特別應(yīng)用于作為磁蕊箔，它可將力學(xué)作用轉(zhuǎn)化為磁電效應(yīng)。
眾所周知，純金屬用其它金屬元素合金化可以提高再結(jié)晶溫度。但是與此同時隨合金元素含量增高，立方結(jié)構(gòu)度劇烈降低，特別是這種情況在合金元素溶解量很小的范圍中已經(jīng)發(fā)生(R.E.SmallmanJourn.Inst.Metals 84(1955-56)10-18)。例如對鉆來說，隨鐵含量增高，在10至300ppm范圍中，再結(jié)晶溫度大輻度提高，而立方結(jié)構(gòu)明顯地減少(W.B.Hutchinson，H.E.EhstroemMater.Sci.Technol.6(1990)1103-1111)。同樣也證明了鎂對鎳的可結(jié)構(gòu)化性有強烈地副面影響(K.Detert等，Z.Matallkde 54(1963)263-270)。只要有600原子-ppm的鎂，已經(jīng)可以阻止生成立方體結(jié)構(gòu)。同時也證明了合金元素會提高鎳的再結(jié)晶溫度(K.Detert，G.DresslerActa Metall 13(1965)845-853)。例如適合這種情況的合金元素有鉻和鉬。另外這些合金元素結(jié)構(gòu)在退火時的熱力學(xué)穩(wěn)定性和精度的特殊作用和特別是它們在鎳中的溶解度至今還不清楚。此外還發(fā)現(xiàn)，鎳中含3原子％鉬時，已經(jīng)不能形成立方結(jié)構(gòu)(K.Detert等Z.Metallkde 54(1963)263-270)。
由此出發(fā)，為了能夠觀察鎳本身的行為，必須保證外加元素含量小于100ppm(E.D.Specht等Supercond.Sci.Technol.11(1998)945-949)。在外加元素含量較高時，鎳的初次再結(jié)晶結(jié)構(gòu)很少能完全形成立方結(jié)構(gòu)，此外在較高的溫度下，初次長大的立方結(jié)構(gòu)會發(fā)生二次再結(jié)晶過程(R.E.Smallman，C.S.LeeMater.Sci.Eng.A 184(1994)97-112)。在一般涂層條件下，如它們析出超導(dǎo)層時溫度可達到700℃至800℃。
目前還沒有關(guān)于合金元素對變形加工和退火結(jié)構(gòu)作用的普遍適用的理論，特別是對鎳金屬適用的理論。
本發(fā)明的內(nèi)容說明本發(fā)明的目的是開發(fā)1種鎳基金屬材料，它與工業(yè)純鎳比較，有1種高強度和熱穩(wěn)定的立方結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還有另一種目的就是開發(fā)生產(chǎn)這種材料的方法。
本發(fā)明的目的是通過提供1種具有再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的金屬材料實現(xiàn)的，它是由鎳合金組成，其成分相應(yīng)于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除Ni、Mo或W以外的1種或多種金屬，并且a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，
d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，均為原子％，并選擇性地含有少量的由生產(chǎn)過程帶來的夾雜物。
優(yōu)選Mo和/或W的總含量在0.01-0.3原子％的范圍或在3-12原子％的范圍。
如果由工業(yè)純Ni和含量為0.1原子％或5原子％或10原子％Mo和/或W組成材料，它具有特別有利的性能。
合金元素M由元素周期表第4周期的1種或多種金屬組成，這是合乎本發(fā)明目的的，優(yōu)選含有V、Cr和/或Cu。
為了生產(chǎn)本發(fā)明的材料首先應(yīng)用火法冶金方法或粉末冶金方法或力學(xué)冶金方法，它的成分相應(yīng)于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除Ni、Mo或W以外的1種或多種金屬，并且a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，均是原子％，并選擇性地含有少量由生產(chǎn)過程帶來的夾雜物。合金通過熱加工和隨后高比率的冷加工加工成帶，其壓縮比大于80％，最后在還原性或非氧化性氣氛下進行再結(jié)晶退火，得到立方結(jié)構(gòu)。
火法冶金生產(chǎn)合金優(yōu)選澆鑄在1個銅錠模中。
粉末冶金生產(chǎn)合金可以優(yōu)選通過在等靜壓條件下冷模壓和/或熱模壓進行。
藉助軋制法進行高比率的冷變形加工是符合本發(fā)明的目的，其中壓縮比大于80％，優(yōu)選大于98％。
根據(jù)本發(fā)明的再結(jié)晶退火在溫度范圍350℃至1150℃下進行。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在工業(yè)純鎳中加入少量Mo和/或W組成微合金，立方體底的相對結(jié)構(gòu)度在冷軋和退火后提高10至25％。工業(yè)純鎳的退火結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性只能保持至約600℃，而微合金的結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性可以保持至超過1100℃。
2種微合金元素Mo和/或W對結(jié)構(gòu)化材料的應(yīng)用性質(zhì)有特別有利的作用，因為在帶有緩沖材料和/或超導(dǎo)材料涂層的條件下，鎳底層的組織結(jié)構(gòu)保持不變。析出物質(zhì)的外延生長或準外延生長的增長部分在過程期間不會被破壞。
非常意外的是，根據(jù)本發(fā)明含Mo和/或W的高合金鎳材料也有有利的作用。如含5原子％Mo或W的鎳合金，在退火溫度高于900℃時形成高比率的立方結(jié)構(gòu)。應(yīng)用這種基質(zhì)合金可以生產(chǎn)非磁性帶，因為這2種元素大幅度降低了居里溫度(Curie-Temperatur)。其中1個特殊的優(yōu)點是超導(dǎo)材料在使用交流電時損失特別小。此外與此同時相聯(lián)系的還有有利的因溶體淬火硬化，它使基質(zhì)的強度提高2至3倍。
對初始原材料來說，除了使用火法冶金方法生產(chǎn)本發(fā)明的材料是適當(dāng)?shù)囊酝?，還可使用通過冷等靜壓模壓或熱等靜壓模壓的粉末冶金法生產(chǎn)本發(fā)明的材料。
冶金方法生產(chǎn)的澆鑄錠或壓制坯可以通過熱變形加工得到限定的晶粒大小和通過均勻退火得到對冷變形加工有利的原始組織。關(guān)于熱加工變形溫度、退火溫度和時間可以根據(jù)最佳進行冷變形加工的需要由專家確定。適宜的再結(jié)晶退火氣氛是還原性氣氛或中性氣氛。隨著合金元素含量增高，退火溫度和時間也增加，這可由專家確定。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
附圖的簡短說明

圖1是含0.1原子％W的Ni在冷加工和在800℃的再結(jié)晶后，其立方結(jié)構(gòu)的極象圖；圖2是退火溫度對Ni和含0.1原子％Mo或W的Ni形成立方結(jié)構(gòu)的影響圖；圖3是退火溫度對Ni和含不同Mo含量的Ni形成立方結(jié)構(gòu)的影響圖；圖4是退火溫度對Ni和含不同W含量的Ni形成立方結(jié)構(gòu)的影響圖。
在圖2至圖4中，在極象圖的位置中應(yīng)用垂直有限系數(shù)I(100)(Lotgeringfaktor)作為表示立方結(jié)構(gòu)度的特征系數(shù)。
實施本發(fā)明的方法所得鎳帶的厚度為80μm，已經(jīng)高比率地結(jié)構(gòu)化。隨后在400℃以上，直至1150℃溫度下加熱30分鐘。其結(jié)果為如圖1和圖2所示的1種幾乎完全的再結(jié)晶立方結(jié)構(gòu)。X射線測量的(100)-反射強度與其它反射強度頻率相比較(垂直有限系數(shù))證明了Mo和W對強化結(jié)構(gòu)有明顯的合金效應(yīng)。無添加元素的鎳帶有較低的(100)強度，在加熱溫度高于600℃時，該(100)強度還會進一步減小。
所得鎳帶的厚度為80μm，已是高比率地軋制結(jié)構(gòu)。在高于800℃直至1150℃進行30分鐘的加熱。結(jié)果得到的是幾乎完全再結(jié)晶的立方結(jié)構(gòu)(圖3和圖4)。X射線測量的(100)-反射強度與其它的反射強度頻率相比較(垂直有限系數(shù))證明Mo或W對結(jié)構(gòu)強化有明顯的合金效應(yīng)。無添加的Ni帶有較低的(100)-強度，當(dāng)加熱溫度高于600℃時，該強度還會進一步減小。這種帶的強度由于固溶硬化的非合金的Ni提高約2倍。
所得鎳帶的厚度為80μm，已是高比率的軋制結(jié)構(gòu)體。在溫度高于900℃直至1200℃時進行30分鐘的退火處理。所得的結(jié)果是1個再結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，它與原先的Ni的軋制平面和立方表面進一步吻合。X射線測量的(100)-反射強度與其它的反射強度頻率相比較(垂直有限系數(shù))證明Mo或W作為合金元素，在1100℃的加熱溫度下得到更大的(100)-強度值(纖維結(jié)構(gòu))。
通過在最佳條件下進行冷軋和退火處理，特別是延長退火處理時間，從立方體底意義來說，進一步強化了結(jié)構(gòu)。由于固溶硬化，合金帶的強度比非合金的鎳帶強度提高約3倍。同時抑制了鐵磁性，因為由合金元素決定的居里溫度大幅度降低，例如含9.15原子％Mo的合金Ni基質(zhì)，居里溫度降至60K至70K范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)化的合金沒有鐵磁性。
所得的鎳帶厚度為80μm，已經(jīng)高比率的結(jié)構(gòu)化。在高于900℃時(直至1200℃)進行30分鐘退火熱處理。得到的是1個再結(jié)晶立方結(jié)構(gòu)體。
通過在最佳條件下進行冷軋和退火處理，特別是延長退火處理時間，從立方體底意義來說，進一步達到結(jié)構(gòu)強化。由于固溶硬化，合金Ni帶的強度比非合金Ni的強度提高約2至3倍。同時抑制了鐵磁性，因為由合金元素決定的居里溫度大幅度降低，因此在液氮的溫度范圍77K結(jié)構(gòu)化的合金沒有鐵磁性。
權(quán)利要求
1.鎳基金屬材料，其特征在于，它具有再結(jié)晶立方結(jié)構(gòu)并由鎳合金組成，它的成分相應(yīng)于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除了Ni、Mo或W以外的一種或多種金屬，a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，以上均是原子％，并且還選擇性地含有少量由生產(chǎn)過程帶來的夾雜物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，Mo和/或W的總含量為0.01-0.3原子％或為3-12原子％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，鎳合金由工業(yè)純Ni和0.1原子％Mo和/或W或由工業(yè)純Ni和5原子％Mo和/或W或由工業(yè)純Ni和10原子％Mo和/或W組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，M是元素周期表的第4周期中的1種或多種金屬，優(yōu)選V、Cr和/或Cu。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金材料的生產(chǎn)方法，其特征在于，首先按火法冶金或粉末冶金方法或用力學(xué)合金化方法生產(chǎn)合金，它的成分相應(yīng)于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除了Ni、Mo或W以外的一種或多種金屬，并且a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，均是原子％，并且選擇性地含有少量由生產(chǎn)過程帶來的夾雜物；合金通過熱加工和隨后高比率的冷加工加工成帶，其壓縮比大于80％，最后在還原性或非氧化性氣氛下進行再結(jié)晶退火，得到立方結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，火法冶金生產(chǎn)合金通過澆鑄在1個銅錠模中進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，粉末冶金生產(chǎn)合金通過在等靜壓條件下冷模壓和/或熱模壓進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，藉助軋制法進行高比率的冷加工，其中軋制壓縮比大于80％，優(yōu)選大于98％。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在溫度范圍為350℃-1150℃內(nèi)進行再結(jié)晶退火。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有再結(jié)晶立方結(jié)構(gòu),由成分為Ni
文檔編號C22F1/10GK1354804SQ00805616
公開日2002年6月19日 申請日期2000年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月3日
發(fā)明者約爾格·艾克邁爾, 迪特馬爾·澤爾布曼, 拉爾夫·奧皮茨, 伯恩哈德·霍爾茨阿普費爾 申請人:德累斯頓固體材料研究所