[发明专利]低或无磁性、高强度Ni-W合金复合基带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低或无磁性、高强度Ni-W合金复合基带及其制备方法，属于高温超导涂层导体织构金属基带技术领域。

背景技术

随着高温超导材料性能的提高和制冷技术的不断进步，以及其本身所固有的优越的物理特性，高温超导技术将日益应用到我们生活中的各个领域，如电力、交通、运输、磁体技术、军事等。1996年美国橡树岭国家实验室的Amit Goyal等人通过对纯镍大变形量轧制及后续的再结晶退火的工艺获得了具有锐利双轴织构的金属基带，然后在金属基底上通过逐层外延生长方式获得了有取向的过渡层，得到沉积YBCO的模板，再用化学或物理的方法外延生长出有织构超导层，此技术路线也被称作RABiTS技术。而基带的制备技术是RABiTS技术的关键，纯镍很容易形成强立方织构，但是纯镍具有铁磁性，在交流电的应用中会造成磁滞损耗，并且屈服强度也较低，不能满足YBCO高温涂层导体带材的生产及应用，后来人们通过溶质固熔的思想来解决上述问题，NiW合金基带是研究最广泛的一种合金基带，目前Ni-5at.%W(Ni5W)合金基带的制备工艺已经很成熟，且已经商业化生产，但是由于其居里温度为330K，具有铁磁性（T=77K下），屈服强度不是很高，只能满足高温涂层导体的部分应用，而随着W原子含量升高合金基带的屈服强度升高，磁性也降低，当W的原子百分含量达到9.3%时合金基带在77K下为无磁性，但是当W原子百分含量大于5%时，通过传统的大变形量冷轧及再结晶退火很难得到强立方织构。为了制备高强度、低/无磁性合金基带，德国在2004年（参见文献Trans. Indian Inst. Met. Vol.57, No. 6, December 2004, pp. 651-657）采用套管法即以Ni-5%W作为包套材料，将高强度、无磁性的Ni-10%W棒作为芯材插入包套材料中，通过热轧得到复合坯锭，由于内外层为简单的机械结合，在后续的冷轧过程中很容易开裂，基带再结晶过程受内外层材料的性质影响较严重，且加工工艺较复杂，带材的长度也受到一定程度的限制。中国专利CN1844430(公开日:2006年10月11日)公开了一种Ni基合金复合基带的制备方法，通过逐层放置原料，采用冷等静压或放电等离子体烧结技术结合RABiTS技术制备得到了复合基带，该复合基带表层是W原子百分比为3%~5%的镍钨合金，芯层是W原子百分含量为9.3-12%的镍钨合金，该方法克服了复合坯锭在冷轧过程中容易开裂的问题，并且制备工艺较简单，而对于制备更高强度、低/无磁性的合金基带而言，外层为高W含量（W的原子百分含量大于7%的镍钨合金）的Ni基合金复合基带具有很大的研究前景，并且具有很大的难度。

发明内容

本发明的目的是通过放电等离子体烧结技术制备具有多层结构的Ni-W合金复合基带，提高合金基带的屈服强度，降低基带的整体磁性，为YBCO涂层导体带材提供一种低或无磁性、高强度Ni-W合金复合基带的制备方法。

本发明所提供的低或无磁性、高强度Ni-W合金复合基带，由表层和芯层复合而成，表层是W的原子百分含量为7.5%~9.3%的镍钨合金，芯层是W的原子百分含量为9.3-12%的镍钨合金。

本发明所提供的低或无磁性、高强度Ni-W合金复合基带的制备方法，包括以下步骤：

（1）初始原料的配比及模具填充：

将Ni块和W块，按照W的原子百分含量为7.5%~9.3%进行配比，将两种原材料置于电磁感应真空熔炼炉中熔炼，获得Ni-W合金铸锭随后进行锻造并线切割获得高W含量的表层Ni-W合金坯锭，代号为A，将采用高能球磨获得的W的原子百分含量为9.3-12%的NiW混合粉末，代号为B，作为芯层，将准备好的原料按照A-B-A的顺序分层置于模具中。

（2）复合坯锭的烧结：

采用放电等离子体烧结技术，将已填充了A-B-A样品的模具放入烧结设备中，在真空条件下烧结，烧结温度为850-950℃，时间为10-20min；

（3）复合坯锭的轧制及再结晶退火：

将烧结得到的复合坯锭进行热轧，道次变形量为5-15%，总变形量大于30%，得到热轧坯锭，对热轧后的坯锭进行冷轧处理，道次变形量为5-15%，总变形量为70%，随后进行再结晶退火来细化初始坯锭的晶粒尺寸（温度和时间不能过高过长，否则晶粒会粗化，温度和时间也不能过低过短，否则就不能完全再结晶），再结晶工艺为：随炉升温至800℃~1000℃保温30min得到用于大变形量冷轧前的初始合金坯锭。

（4）复合坯锭的大变形量冷轧：