一種納米合金粉末制備涂層導體用高鎢合金基帶坯錠的方法
【專利摘要】一種納米合金粉末制備涂層導體用高鎢合金基帶坯錠的方法屬于高溫超導涂層導體用基帶技術領域。本發明從改善坯錠組織出發，采用粒度在納米級的高鎢合金粉末進行坯錠制備，坯錠晶粒尺寸進一步細化的同時降低了燒結溫度，增大了燒結致密度，得到了晶粒尺寸在3～5μm的高鎢合金坯錠。與放電等離子燒結微米級合金粉末制備NiW坯錠相比，此方法制備的高鎢合金坯錠立方織構形成能力進一步提升，在單層高鎢及復合高鎢合金基帶的制備中意義明顯。
【專利說明】
一種納米合金粉末制備涂層導體用高鎢合金基帶坯錠的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種強立方織構NiW合金基帶坯錠的制備方法，屬于高溫超導涂層導體用基帶技術領域。
【背景技術】
[0002]作為第二代高溫超導材料涂層導體基底的NiW合金基帶，承擔著外延織構、承受應力應變等多重功能AiW合金基帶在W原子百分含量小于等于5時層錯能較高，易形成強立方織構。目前Ni_5at.%W(Ni5W)已實現產業化，但機械強度較低，在液氮溫區交流場應用環境下還會產生磁滯損耗。高鎢合金基帶是指W原子百分含量大于等于8的NiW合金基帶，其較高的機械強度與較低的飽和磁化強度使其成為NiW合金基帶面向應用的優良選擇。但隨著W原子百分含量的增加，固溶原子在晶界晶內形成大量位錯釘扎，基帶屈服強度迅速上升的同時，其形變方式也由位錯滑移逐漸向孿生、剪切發展，致使形變織構偏離銅型織構，再結晶過程中立方織構的形成能力大大下降。因此如何在高鎢合金基帶中獲得強立方織構成為了NiW合金基帶研究的熱點與難點。
[0003]目前高鎢合金基帶的研究主要集中在坯錠組織、形變工藝與再結晶熱處理工藝三大部分。其中坯錠組織代表后續大形變量冷乳及再結晶過程的初始狀態。2012年(Bhattacharjee P P,Metallurgical and Materials Transact1ns A,2012,42(9):2769-2780)等人研究了初始坯錠的晶粒尺寸對純鎳基帶再結晶立方織構的形成的影響，晶粒細小的初始坯錠通過大變形量冷乳得到的是典型的平行于RD方向的形變帶組織，而晶粒較粗大的初始坯錠經過大變形量冷乳后容易產生大量的剪切帶，隨機取向形核發生在剪切帶區域;2014年北京工業大學王金華等人發現細晶坯錠乳制后的Ni9.3W基帶表面的Copper和S取向的含量均比粗晶坯錠乳制基帶的高(稀有金屬材料與工程，2014，43(8):2027-2031)。
[0004]在細化坯錠晶粒尺寸方面，德國Dresden實驗室采用熔煉法制備Ni9.3W、Ni9.5W合金基帶，坯錠處理經過熱鍛、熱乳、均勻化熱處理及初始再結晶熱處理四大步驟，得到平均晶粒尺寸在30μπι左右的合金坯錠;2008年趙躍采用放電等離子燒結制備Ni9.3W合金基帶，發現粉末冶金法制備高鎢合金基帶坯錠在晶粒尺寸上有明顯的優勢。但是現有工藝下高鎢合金還錠晶粒尺寸仍存在進一步減小的空間，如果晶粒尺寸能細化至ΙΟμπι以內，高媽合金基帶的形變均勻性與立方織構形成能力將大大改善，進一步推進高鎢合金基帶在二代高溫超導材料涂層導體中的應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提出一種納米合金粉末制備涂層導體用高鎢合金基帶坯錠的方法，降低了燒結溫度增大了燒結致密度，有效地將粉末冶金法制備NiW合金坯錠晶粒尺寸控制在3?5μηι。
[0006]—種納米合金粉末制備涂層導體用高鎢鎳基合金基帶坯錠的方法包括以下步驟:
[0007](I)高鎢合金粉末放電等離子燒結
[0008]在手套箱中稱量制備好的粒度在500?800nm、W原子百分含量為8?12的NiW合金粉末，置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型，燒結溫度控制在750?780°C得到NiW合金還錠。其中放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結，燒結壓強為30MPa，升溫速度為150°C/min，保溫3min后隨爐冷卻。
[0009](2)形變
[0010]將步驟(I)得到的高鎢合金坯錠進行熱乳開坯乳至8mm，乳制溫度為1100?1300°C，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比為20?30% ;冷乳乳至0.08mm，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比5%，冷乳過程加入乳制中間熱處理若干次來緩解大變形量乳制造成的加工硬化，乳制中間熱處理溫度為550 0C，保溫時間為60?120min。
[0011](3)再結晶
[0012]將乳制好的NiW合金帶材經兩步再結晶熱處理得到強立方織構NiW合金基帶。第一步再結晶熱處理溫度為700?750°C保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1050?1250°C保溫 120min。
[0013]以上熱處理均在出體積分數為4%的Ar/H2混合氣氛中進行，升溫速度5°C/min，隨爐冷卻。
[0014]本發明設計的納米合金粉末制備涂層導體用高鎢合金基帶坯錠的方法，與國際上關注優化形變工藝相比，創新性地從改善坯錠組織出發，采用粒度在納米級的高鎢合金粉末進行坯錠制備，坯錠晶粒尺寸進一步細化的同時降低了燒結溫度，增大了燒結致密度，得到了晶粒尺寸在3?5μπι的高鎢合金坯錠。與放電等離子燒結微米級合金粉末制備NiW坯錠相比，此方法制備的高鎢合金坯錠立方織構形成能力進一步提升，在單層高鎢(見實施例1與2)及復合高鎢(見實施例3)合金基帶的制備中意義明顯。
【附圖說明】
[0015]圖1、實施例1中Ni8W乳制至0.08mm后形變組織(111)極圖；
[0016]圖2、實施例1中Ni8W再結晶熱處理后立方織構含量EBSD圖；
[0017]圖3、實施例2中Ni9.3W乳制至0.08mm后形變組織(111)極圖；
[0018]圖4、實施例2中Ni9.3W再結晶熱處理后立方織構含量EBSD圖；
[0019]圖5、實施例3中Ni8W/Nil2W/Ni8W乳制至0.08mm后形變組織(111)極圖；
[0020]圖6、實施例3中Ni8W/Nil2W/Ni8W再結晶熱處理后立方織構含量EBSD圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例對本發明做進一步的說明，但本發明并不僅限于以下實施例。
[0022]實例I
[0023]在手套箱中稱量粒度在500?800nm、W原子百分含量為8的NiW合金粉末36.24g置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型，燒結溫度控制在750?780°C得到的長寬高為20*15*12.5mm的Ni8W合金坯錠。其中放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結，燒結壓強為30MPa，升溫速度為150°C/min，保溫3min后隨爐冷卻。然后將此Ni8W合金坯錠磨拋至12mm后進行熱乳開坯乳至8mm，乳制溫度為IlOOcC，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比為20?30%。熱乳后的合金基帶去除表面氧化皮后冷乳乳至0.08mm，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比5%。冷乳過程加入3次550°C保溫120min的乳制中間熱處理:第一次乳制中間熱處理在乳至3mm時進行，第二次乳制中間熱處理在乳至Imm時進行，第三次乳制中間熱處理在乳至0.4mm時進行。乳制中間熱處理在H2體積分數為4%的Ar/H2混合氣氛中進行，升溫速度5°C/min，隨爐冷卻。最后將乳制好的NiSW合金帶材經兩步再結晶熱處理得到得到立方織構含量(取向差10°以內)達98%的Ni8W基帶。兩步再結晶熱處理在出體積分數為4%的Ar/H2混合氣氛中進行，第一步再結晶熱處理溫度為750°C保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1200 0C保溫120min，升溫速度5 °C /min，隨爐冷卻。
[0024]實例2
[0025]在手套箱中稱量制備好的粒度在500?800nm、W原子百分含量為9.3的NiW合金粉末36.9g置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型，燒結溫度控制在750?780°C得到的長寬高為20*15*13mm的M9.3W合金坯錠。其中放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結，燒結壓強為30MPa，升溫速度為150°C/min，保溫3min后隨爐冷卻。然后將此Ni9.3W合金坯錠磨拋至12mm后進行熱乳開坯乳至8_，乳制溫度為1300 °C，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比為20?30%。熱乳后的合金基帶去除表面氧化皮后冷乳乳至0.08mm，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比5 %。冷乳過程加入4次550°C保溫120min的乳制中間熱處理:第一次乳制中間熱處理在乳至4mm時進行，第二次乳制中間熱處理在乳至2mm時進行，第三次乳制中間熱處理在乳至Imm時進行，第四次乳制中間熱處理在乳至0.4mm時進行。乳制中間熱處理在H2體積分數為4%的Ar/H2M合氣氛中進行，升溫速度5°C/min，隨爐冷卻。最后將乳制好的Ni9.3W合金帶材經兩步再結晶熱處理得到得到立方織構含量(取向差10°以內)達95%的Ni9.3W基帶。兩步再結晶熱處理在出體積分數為4%的Ar/H2混合氣氛中進行，第一步再結晶熱處理溫度為750°C保溫90min，第二步再結晶熱處理溫度為1250°C保溫120min，升溫速度5°C/min，隨爐冷卻。
[0026]實例3
[0027]在手套箱中稱量制備好的粒度在500?800nm、W原子百分含量為8的NiW合金粉末12.08g兩份，W原子百分含量為12的NiW合金粉末12.74g—份，分別按Ni8W、Nil2W、Ni8W逐層放入石墨模具中通過放電等離子燒結成型，燒結溫度控制在750?780°C得到的長寬高為20*15*12.8mm的NiW合金坯錠。其中放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結，燒結壓強為30MPa，升溫速度為150°C/min，保溫3min后隨爐冷卻。然后將此Ni8W/Nil2W/Ni8W合金復合坯錠磨拋至12mm后進行熱乳開坯乳至8_，乳制溫度為1100°C，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比為20?30%。熱乳后的合金基帶去除表面氧化皮后冷乳乳至0.08mm，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比5%。冷乳過程加入3次550°C保溫120min的乳制中間熱處理:第一次乳制中間熱處理在乳至3mm時進行，第二次乳制中間熱處理在乳至Imm時進行，第三次乳制中間熱處理在乳至0.4mm時進行。乳制中間熱處理在出體積分數為4 %的Ar/H2混合氣氛中進行，升溫速度5°C/min，隨爐冷卻。最后將乳制好的Ni8W/Nil2W/Ni8W復合帶材經兩步再結晶熱處理得到得到立方織構含量(取向差10°以內)達97.2%的Ni8W/Nil2W/Ni8W復合基帶。兩步再結晶熱處理在H2體積分數為4%的Ar/H2混合氣氛中進行，第一步再結晶熱處理溫度為750°C保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1250°C保溫120min，升溫速度5°C/min，隨爐冷卻。
【主權項】
1.一種納米合金粉末制備涂層導體用高鎢合金基帶坯錠的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)高鎢合金粉末放電等離子燒結 在手套箱中稱量制備好的粒度在500?800nm、W原子百分含量為8?12的NiW合金粉末，置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型，燒結溫度控制在750?780°C得到NiW合金坯錠；其中放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結，燒結壓強為30MPa，升溫速度為150°C/min，保溫3min后隨爐冷卻； (2)形變 將步驟(I)得到的NiW合金坯錠進行熱乳開坯乳至8_，乳制溫度為1100?1300 V，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比為20?30%;冷乳乳至0.08mm，每道次乳制壓下量與乳前厚度之比5%; (3)再結晶 將乳制好的NiW合金帶材經兩步再結晶熱處理得到強立方織構NiW合金基帶;第一步再結晶熱處理溫度為700?750°C保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1050?1250 °C保溫120min； 以上熱處理均在出體積分數為4%的Ar/H2混合氣氛中進行，升溫速度5°C/min，隨爐冷卻。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:冷乳過程加入乳制中間熱處理1-3次，每次乳制中間熱處理溫度為550 0C，保溫時間為60?120min。
【文檔編號】B22F3/105GK106077642SQ201610563161
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月16日
【發明人】索紅莉, 劉婧, 喻丹, 馬麟, 王毅, 劉敏, 孟易晨, 孫碩
【申請人】北京工業大學