專利名稱：一種含Ti的Sn基合金及其熔煉制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種含Ti的Sn基合金及其熔煉制備方法，涉及一種內(nèi)Sn法Nb3Sn超導(dǎo)股線用的具有能在Nb3Sn層中添加Ti從而提高股線高場超導(dǎo)臨界電流密度所需的一種含Ti的Sn基合金的制備方法。
背景技術(shù)：
Nb3Sn超導(dǎo)股線是一種具有優(yōu)異超導(dǎo)性能的高場超導(dǎo)材料，采用內(nèi)Sn法制備Nb3Sn股線是近些年來歐，美，日等發(fā)達國家競爭的焦點。為了提高股線的高場超導(dǎo)臨界電流密度Jcn而在Nb3Sn中添加少量的Ti是關(guān)鍵技術(shù)之一。對于內(nèi)Sn法制備工藝而言，只要復(fù)合股線的Sn芯中含有少量的Ti(含Ti的Sn基合金)通過其后的熱處理可以使Ti進入Nb3Sn層達到提高高場Jcn的目的。在這種含Ti的Sn基合金中，Ti與Sn形成Sn-Ti化合物，這種化合物應(yīng)以彌散粒子的形式嵌在Sn基體中，彌散粒子尺寸越小，彌散度越好，對Nb3Sn股線的超導(dǎo)性能及長線加工越有利。這種Sn基合金采用高溫熔煉獲得，其制備技術(shù)過去已有過相關(guān)專利(日本專利No.676625，美國專利No.6,548,187B2)的報道，但由于他們在熔煉過程中采用了無攪拌的微波爐做熔煉手段，使用Sn和純Ti片做原料，鑄鐵或不銹鋼(日本專利)或Cu模(美國專利)做澆注模，導(dǎo)致Sn基合金中Sn-Ti化合物的彌散粒子尺寸最大分別在50和30μm，平均尺寸為5-20μm，使用這種Sn基合金制備的內(nèi)Sn法Nb3Sn股線其非銅區(qū)臨界電流密度Jcn(12T，4.2K)在650-750A/mm2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能使含Ti的Sn基合金中Ti以Sn-Ti化合物形式出現(xiàn)，且Sn-Ti化合物呈彌散粒子均勻的分布在Sn基體中，粒子的最大尺寸不大于20μm、平均尺寸為5-10μm，有利于內(nèi)Sn法Nb3Sn股線具有高的Jcn值的含Ti的Sn基合金熔煉制備方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種含Ti的Sn基合金，其特征在于該合金是含2％-3wt％Ti的Sn基合金，該合金中Sn為基體、Ti與Sn形成化合物后以細小的彌散球狀或針狀粒子的形式均勻分布在Sn基體中。
本發(fā)明的含Ti的Sn基合金熔煉制備方法，其制備過程的特征在于其制備過程是將Sn和Sn-Ti中間合金為原料，將配好的原料置入石墨坩堝，在1200℃～1300℃下將Sn和Sn-Ti中間合金充分融化均勻后，再將溫度升至1450℃，然后進行澆鑄，獲得含Ti的Sn基合金鑄錠；將鑄錠進行車削扒皮，去掉表面縮孔即可獲得在Sn基體中含有細小彌散粒子Sn-Ti化合物的Sn基合金光錠。
本發(fā)明的含Ti的Sn基合金熔煉制備方法，其特征在于在熔煉和澆注的整個過程中均在Ar氣保護氣氛中進行。
本發(fā)明的含Ti的Sn基合金熔煉制備方法，其特征在于Sn和Sn-Ti中間合金充分融化均勻后，再將溫度升至1450℃，是將熔體快速澆鑄到帶有冷卻水套的水冷銅模具中的。
本發(fā)明的含Ti的Sn基合金，Sn-Ti化合物彌散粒子在Sn基體中的尺寸小，提高了內(nèi)Sn法Nb3Sn股線的高場Jcn。制備時使用Sn-Ti中間合金代替純Ti片做原料，采用具有磁攪拌的中頻感應(yīng)爐做熔煉手段，用特制的水冷銅模做澆注模，從而達到了使彌散粒子尺寸更小，Nb3Sn股線高場Jcn進一步提高的目的。制備技術(shù)工藝簡單，重復(fù)性好、易于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的含Ti的Sn基合金顯微組織照片SEM，黑色的彌散粒子為Sn-Ti化合物(Ti6Sn5)；圖2為使用本發(fā)明的含Ti的Sn基合金內(nèi)Sn法Nb3Sn股線的Jcn-H曲線；圖3為含Ti的Sn基合金制備時熔煉澆注使用的水冷銅模結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方案下面結(jié)合實例對本發(fā)明的方法做進一步的說明。
一種含Ti的Sn基合金，該合金是含2％-3wt％Ti的Sn基合金，且是Sn為基體、Ti與Sn形成化合物后以細小的彌散球狀或針狀粒子的形式均勻分布在Sn基體中。其制備過程的特征在于其制備過程是將Sn和Sn-Ti中間合金為原料，將配好的原料置入石墨坩堝，在1200℃～1300℃下將Sn和Sn-Ti中間合金充分融化均勻后，再將溫度升至1450℃，然后進行澆鑄，獲得含Ti的Sn基合金鑄錠；將鑄錠進行車削扒皮，去掉表面縮孔即可獲得在Sn基體中含有細小彌散粒子Sn-Ti化合物的Sn基合金光錠。在熔煉和澆注的整個過程中均在Ar氣保護氣氛中進行。將熔體快速澆鑄到帶有冷卻水套的水冷銅模具中的。水冷銅模具由帶有冷卻水進出口1、2的模具主件5和帶有冷卻水進出口3、4的模具底座6組成。
本發(fā)明的方法，使用Sn-Ti中間合金和純Sn做原料及中頻感應(yīng)爐做合金的熔煉手段，在熔煉過程中可以使Ti在溶液中分布更均勻；采用特制的水冷銅模澆注，由于冷卻速度極快有利于獲得尺寸很小的彌散度好的Sn-Ti化合物彌散粒子，使用這種合金制備的內(nèi)Sn法Nb3Sn股線具有高的高場Jcn值。
實例1使用重量純度為99.9％的Sn和Sn-27％Ti(重量含量)中間合金作原料，將總重量為15-20Kg的原料(其中Ti重量含量為2.0％)放入中頻感應(yīng)爐的石墨坩堝中，將中頻感應(yīng)爐抽真空至10-1Pa后充入Ar氣，然后再抽真空及充Ar氣，這種過程反復(fù)3次后充Ar氣至0.25～0.3Mpa。將原料升溫至1200℃保溫20分鐘使Sn和Sn-Ti中間合金充分熔化均勻后再將溫度升至1450℃，然后快速澆注進水冷銅模中，獲得含Ti的Sn基合金鑄錠。水冷銅模主件的外徑Φ180mm，高300mm，內(nèi)徑為Φ105mm(上端)和Φ96mm(下端)。將鑄錠表面及上下底扒皮、車削后光錠的Ti量含量成分分析結(jié)果為2.0wt％，鑄錠的橫斷面顯微組織觀察如圖1所示，在這種含Ti的Sn基合金中，Ti以Sn-Ti化合物的形式、成細小彌散粒子分布在Sn基體中。Sn-Ti化合物是100％的Ti6Sn5。彌散粒子的最大尺寸不大于20μm，平均尺寸為5-10μm。使用這種Sn基合金制備的內(nèi)Sn法Nb3Sn股線(Φ0.81mm)，其非Cu區(qū)的Jcn(4.2K，12T，0.1μv/cm)達到890A/mm2，股線的Jcn隨外磁場H的變化曲線見圖2。
實例2含Ti的Sn基合金熔煉方法同實例1，只是在原料配制時將Ti的含量調(diào)整，在含Ti的Sn基合金光錠中Ti的重量含量的成分分析結(jié)果為3％，在這種含Ti的Sn基合金中，Ti以Sn-Ti化合物的形式、成細小彌散的粒子分布在Sn基體中。Sn-Ti化合物是100％的Ti6Sn5，獲得彌散粒子的最大尺寸不大于20μm，平均尺寸為5-10μm。
實例3含Ti的Sn基合金熔煉方法、成分配比同實例1，只是在熔煉過程中當原料升溫1300℃范圍并保溫20分鐘后將溫度升至～1550℃，然后快速澆注進特制水冷銅模中，獲得含Ti的Sn基合金鑄錠。此時鑄錠和特制水冷銅模有局部粘連，造成脫模困難，水冷銅模受到一些損傷。Sn基合金的Ti含量及彌散粒子的相成分及尺寸情況與實例1相同。
權(quán)利要求
1.一種含Ti的Sn基合金，其特征在于該合金是含2％-3wt％Ti的Sn基合金，該合金中Sn為基體、Ti與Sn形成化合物后以細小的彌散球狀或針狀粒子的形式均勻分布在Sn基體中。
2.一種含Ti的Sn基合金熔煉制備方法，其制備過程的特征在于其制備過程是將Sn和Sn-Ti中間合金為原料，將配好的原料置入石墨坩堝，在1200℃～1300℃下將Sn和Sn-Ti中間合金充分融化均勻后，再將溫度升至1450℃，然后進行澆鑄，獲得含Ti的Sn基合金鑄錠；將鑄錠進行車削扒皮，去掉表面縮孔即可獲得在Sn基體中含有細小彌散粒子Sn-Ti化合物的Sn基合金光錠。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含Ti的Sn基合金熔煉制備方法，其特征在于在熔煉和澆注的整個過程中均在Ar氣保護氣氛中進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含Ti的Sn基合金熔煉制備方法，其特征在于Sn和Sn-Ti中間合金充分融化均勻后，再將溫度升至1450℃，是將熔體快速澆鑄到帶有冷卻水套的水冷銅模具中的。
全文摘要
一種含Ti的Sn基合金及其熔煉制備方法，涉及一種內(nèi)Sn法Nb
文檔編號C22C1/03GK1789454SQ200510132728
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者唐先德, 張平祥, 李春廣, 李昆, 楊明, 唐曉東, 王飛云, 馮勇, 盧亞鋒, 周廉 申請人:西北有色金屬研究院, 西部超導(dǎo)材料科技有限公司