[发明专利]一种NbTi-CuNi-Cu超导复合线材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导线材制备工艺技术领域，具体涉及一种NbTi-CuNi-Cu超导复合线材的制备方法。

背景技术

NbTi超导线材是目前应用最广泛的低温超导材料，大量应用于制造超导磁体、核磁共振仪器、大型粒子加速器、磁约束可控核聚变装置等领域。为了减小NbTi超导复合线材在交变磁场中的交流损耗、降低线材芯丝的电磁耦合效应，需要增加线材之间的接触电阻，常采用CuNi合金直接代替纯Cu作为基体材料或在纯Cu基体的超导复合线外通过连续电镀的方法加工一层纯Ni镀层，制备NbTi-CuNi或NbTi-Cu-Ni超导复合线。虽然CuNi合金具有相对较高的电阻率，但其冷加工性能较差，加工硬化相对严重，不适用于大变形量的冷拉伸加工，需要降低道次加工量，生产效率低，生产过程需要退火以消除加工硬化，增加了生产周期；而镀Ni成本高，且良好的镀层一般只能达到几个微米，后续导体制备和磁体绕制过程镀层容易损伤，并且超导线材制作接头时需要将Ni镀层采用化学法去除，但不能破坏Cu基体材料，流程操作繁琐，电镀生产过程也存在环境污染问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NbTi-CuNi-Cu超导复合线材的制备方法，降低了NbTi超导复合线材的交流损耗，同时简化生产流程，降低生产成本。

本发明所采用的技术方案是：一种NbTi-CuNi-Cu超导复合线材的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：

取清洗干净的NbTi合金棒材以及Cu管，然后将NbTi合金棒材装入Cu管中，通过热挤压或套管拉伸的方法获得NbTi/Cu单芯复合棒坯；

步骤2：

将步骤1获得的NbTi/Cu单芯复合棒坯通过冷拔拉伸为六角棒，道次加工率10％-25％，矫直后定尺切断，得到NbTi/Cu单芯复合棒；将得到的NbTi/Cu单芯复合棒再装入Cu管中，通过步骤1中热挤压或套管拉伸的方法获得NbTi/Cu多芯复合棒坯，将NbTi/Cu多芯复合棒坯通过冷拔拉伸为六角棒，道次加工率10％-25％，矫直后定尺切断，得到NbTi/Cu多芯复合棒；

步骤3：

取Φ100-300mm的A、B两种铜管，以及CuNi管，将步骤2得到的NbTi/Cu单芯复合棒或NbTi/Cu多芯复合棒采取六方密排方式，装入A铜管中，A铜管与NbTi/Cu单芯复合棒或NbTi/Cu多芯复合棒之间的间隙采用Cu棒填充；然后将CuNi管套在A铜管外，B铜管套在CuNi管外；使用铜盖密封B铜管两端，并采用真空电子束焊接的方式，将其封焊在B铜管上，得到NbTi-CuNi-Cu复合锭坯；

步骤4：

采用热等静压方法减小B铜管内部间隙，然后采用热挤压方式将步骤3得到的NbTi-CuNi-Cu复合锭坯挤压成NbTi-CuNi-Cu复合棒；

步骤5：

采用多次冷拉伸和时效热处理交叉进行的方式对步骤4得到的NbTi-CuNi-Cu复合棒进行加工，道次加工率8％-30％，最终加工为需要的尺寸和形状，得到NbTi-CuNi-Cu超导复合线材。

本发明的特点还在于，

步骤1中NbTi合金棒材中Ti的质量百分比含量为45％-50％，NbTi合金棒材的直径为Φ20-250mm，Cu管壁厚为NbTi合金棒材直径的1/20-1/5。

步骤1中在NbTi合金棒材与Cu管之间添加清洗干净的Nb筒，Nb筒厚度为NbTi合金棒材直径的1/350-1/70。

步骤1采用热挤压时，加工前Cu管两端需要采用铜盖真空封焊。

步骤3中A铜管的外径小于B铜管的内径，CuNi管的内径大于A铜管的外径且小于B铜管的内径。

步骤3中CuNi管Ni的质量百分比含量为5％-35％。

步骤4中热等静压的温度控制在500℃-700℃，炉室压强100-150MPa，保温保压1-4小时。

步骤4热挤压的预热温度控制在500℃-700℃，保温1-2小时，挤压比5-15。

步骤5时效热处理的温度为350℃-450℃，热处理次数3-6次，热处理总时间40-300h。

步骤5中NbTi-CuNi-Cu复合棒的加工形状为圆形或扁带形。