[发明专利]一种强化Cu-Nb复合线材的制备方法

说明书

本发明公开了一种强化Cu‑Nb复合线材的制备方法，该方法包括：一、将采用集束拉拔法制备的Cu‑Nb三次复合线材塑性拉拔加工后进行退火处理；二、将经退火处理后的Cu‑Nb三次复合线材进行连续的多辊孔型轧制，得到Cu‑Nb复合线材中间体；三、将Cu‑Nb复合线材中间体进行塑性拉拔加工，得到强化Cu‑Nb复合线材。本发明采用多辊孔型轧制工艺进行连续轧制，促进了Cu‑Nb三次复合线材的纵向变形，提高了塑性变形量，且得到的强化Cu‑Nb复合线材芯丝分布和变形更加均匀，芯丝细化更加明显，塑性变形能力增强，改善了强化Cu‑Nb复合线材的质量与性能，实现了力学性能和导电性能的良好匹配，达到了工程化应用要求。

技术领域

本发明属于复合线材制备技术领域，具体涉及一种强化Cu-Nb复合线材的制备方法。

背景技术

在脉冲磁体装置和电磁炮装置的设计和实验中，面对一个最大困难就是磁场力的问题,当电流通过磁体中绕组材料时会产生强大的洛仑兹力，同时也会释放出大量的焦耳热，这就要求绕组材料的抗拉强度要足够高，同时要匹配良好的导电性，否则脉冲磁体导体材料极易被破坏掉，因此，选择力学性能和导电性能匹配良好的磁体绕组材料是实现脉冲强磁场的关键之一。理论表明，要实现脉冲强磁场强度达到100T以上时，磁体绕组材料中会产生高达4GPa以上的洛仑兹力。目前能承受这么高强度的实用材料几乎很少。

理论和实验研究表明，Cu-Nb和Cu-Ag合金是抗拉强度和导电率匹配最好的两种复合材料，也是强磁场体绕组材料的首选，在高强脉冲磁体和电磁武器领域具有很大的应用潜力。由于Cu-Ag合金复合材料制备工艺复杂(原位法技术)，常采用电弧熔炼技术制备，影响因素诸多，易引入杂质等，Cu-Ag合金复合材料的性能很不稳定，且制造成本较高，很难形成生产线批量化生产。对Cu-Nb复合材料而言，Cu作为基体，Nb作为增强体，材料结构(FCC-BCC)简单，不仅能提高复合材料的强度，还弥补了复合材料的部分电导损失，工艺稳定，性能优异，已经被成功应用于脉冲磁体绕组材料。上世纪90年代早期，法国国家脉冲磁场实验中心(LNCMP)采用原位法制备技术成功制备出第一代Cu-Nb复合线材，随后人们在第一代复合线材的基础上，进行技术创新；俄罗斯无机所开发出的第二代Cu-Nb复合线材一直是欧美国家脉冲磁体导体材料的首选。目前，西北有色金属研究院(NIN)采用集束拉拔技术成功制备出第三代Cu-Nb多芯复合线材，其芯丝尺寸仅为几十纳米，基体内包含6亿多芯，室温抗拉强度最高达950MPa左右，电导率高达66％IACS，单根线长度达到220m，且强度和电导匹配良好，该Cu-Nb多芯复合线材已经成功应用于国家脉冲磁场中心脉冲磁体绕组材料，产生了90.6T的脉冲磁场，仅次于美国和德国，线材制备技术达到国际先进水平，获得国家科技进步一等奖(第二参与单位)和陕西省政府科技二等奖。

长期以来，欧美国家的脉冲磁体绕组材料一直采用的是俄罗斯无机所生产的Cu-Nb复合线材，多次刷新了脉冲磁体磁场强度的世界纪录。但由于客观原因，俄罗斯无机所已经停止Cu-Nb复合线材的研发和生产，造成断货，由于缺少货源，欧美国家的脉冲磁体技术研发工作处于半停滞状态，急需综合性能优异的Cu-Nb复合线材。我国脉冲磁体绕组材料采用的是西北有色金属研究院制备的Cu-Nb复合线材，脉冲磁场强度从打破亚洲纪录到世界第三，但成本仅是国外的十分之一。目前，采用集束拉拔技术制备出的Cu-Nb复合长线已经接近了理论加工极限，抗拉强度一直维持在950MPa左右，很难突破1GPa。研究表明，线材的抗拉强度达到1GPa以上，电导率却大幅度下降(65％IACS以下)，导致无法应用。由于缺少性能更加优异的Cu-Nb复合线材，我国的脉冲磁场没有再实现新的突破，记录仍然是5年前的水平，经过理论计算预测，要实现突破100T的脉冲磁场，线材抗拉强度至少要达到1.1GPa，电导率需要达到70％IACS以上,因此，我国的Cu-Nb复合线材制备技术任重而道远。

发明内容