一种中低钨含量NiW合金长基带坯锭的制备方法
【专利摘要】一种中低钨含量NiW合金长基带坯锭的制备方法属于金属加工领域。将纯Ni粉和W粉混合均匀，其中W的摩尔含量为3～7%。采用冷等静压成型，再经过预烧，而后在垂熔炉中烧结致密成型，获得初始NiW合金坯料。在715±5℃进行开坯旋锻，道次变形量5～15%，温度逐道次递减，最后道次温度区间为685±10℃。到旋锻串打设备上进行后续旋锻减径加工，加工温度由575±5℃开始，温度逐道次递减，最后道次温度区间为540±10℃。获得的棒材直径不小于10mm，去除表面的氧化皮，得到加工缺陷少、轴向成分均匀、结构致密的NiW合金长基带坯锭。本发明可利用企业现有或通用生产设备（如冷等静压机、自阻垂熔炉、旋锻机等），易实现批量生产。
【专利说明】一种中低钨含量NiW合金长基带坯锭的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种专门用于涂层导体的中低钨含量(W的摩尔含量为3?7%)NiW合金长基带坯锭的制备方法，属于金属加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]以YBCO为代表的第二代高温超导材料，因其高承载电流、低传输损耗等优点，在磁悬浮、强电输电、限流器等大电流传输领域极具应用潜力。由于YBCO属于脆性陶瓷，且其本征在电流传输中存在“弱连接”现象，因此必须将其涂覆在具有强立方织构的韧性金属基带上才可实现规模化生产和应用。
[0003]由于中低钨含量(W的摩尔含量为3?7%) NiW合金具有高层错能，容易形成立方织构，且具有良好的机械性能，因此目前一些科研机构和科技公司均采用压延辅助双轴织构基板法(RABiTS)工艺路线制备高织构度的NiW合金基带，作为承载YBCO超导材料的韧性金属基带。由于W的熔点很高，需将W固溶到Ni内方可获得NiW合金坯锭，这些制备方法大多都是采用熔炼的方法获得块状初始坯锭，而后经过空气锤锻打、热轧和冷轧等工序，得到所需织构的NiW合金基带。但为了制备长基带，必须获得成分均匀的较大体积初始坯锭，这对于现有方法而言还有些困难。
[0004]申请专利201210589937.8公开了一种NiW合金基长带材料的坯锭制备方法，其制备方法为:将熔炼完毕的初始NiW合金坯料通过热挤压的方法获得连续的长棒材，通过后续加工完成合金基带的制备。该方法将较大体积初始坯锭由大化小，通过连续均匀化退火，可获得长度较长且成分均匀的轧制坯锭。但该方法采用的热挤压工艺，需要订制热挤压成型机，对于NiW合金而言其工作温度较高，造成挤压模具耗损成本增加，且不适于一般工厂的现有设备再利用，对生产企业会额外增加生产成本。
[0005]冷等静压机、自阻垂熔炉、旋锻机等设备是现有W合金加工厂的常用设备，其优点为:冷等静压机制备自阻垂熔炉使用的初始坯料为圆柱体，轴向质量分布均匀，这样的结构还使其侧面圆周表面上受压较立方体的侧表面上均匀，有利于后续旋锻加工；自阻垂熔炉为在氢气保护气氛下利用电流通过初始坯料时产生的阻抗热来烧结加工坯料，其热效率高，可以在局部产生较高温度，促使烧结体内的原子活动能力增加和坯料收缩加剧，使冷等静压完毕的初始坯料中粉末颗粒表面接触变为金属表面接触，即产生烧结颈，由机械结合变为焊接结合；旋锻机通常分为开坯旋锻机和多道串打旋锻机，用于制备棒材或线材，由于其道次变形量小，锻打频率高，可以有效防止晶粒长大，增加NiW合金坯料的密实度。如果可以开发利用现有资源生产高附加值的NiW合金基带，可以给企业带来更大的效益。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提出一种可以利用企业现有或通用生产设备(如冷等静压机、自阻垂熔炉、旋锻机等)，易于实现批量生产中低钨含量(W的摩尔含量为3?7%) NiW合金长带轧制初始坯锭的方法。采用该方法制备的NiW合金长带轧制初始坯锭，轴向成分均匀，晶粒细化，结构致密，经过后期加工处理可制备成具有高立方织构表面的NiW合金长基带，满足YBCO高温超导材料的使用需要。
[0007]本发明所提供的中低钨含量(W的摩尔含量为3?7%)NiW合金长基带坯锭的制备方法，具体工艺步骤如下:
[0008]I)初始合金坯料的制备
[0009]将纯度大于99.5%的Ni粉和W粉按照一定摩尔百分比(W的摩尔含量为3?7%)混合均匀，采用180?280MPa冷等静压保压3?IOmin成型，再经过550± 10°C预烧30min，而后在垂熔炉中烧结致密成型，获得初始NiW合金坯料；
[0010]2)初始坯料的旋锻
[0011]在715±5°C进行开坯旋锻，道次变形量5?15%，温度逐道次递减，最后道次温度区间为685±10°C ;开坯旋锻完成总变形量的30?40%后，移到旋锻串打设备上进行后续旋锻减径加工，加工温度由575±5°C开始，道次变形量控制在5%，温度逐道次递减，最后道次温度区间为540±10°C ;获得的棒材直径不小于10mm，以保证最终冷轧基带厚度为60?120 μ m时总轧制变形量大于98% ；
[0012]3)合金棒材的清洗与盘圆
[0013]将旋锻完毕的棒材通过酸洗或碱洗去除表面加工过程中产生的氧化皮，最终得到加工缺陷少、轴向成分均匀、晶粒细化、结构致密的NiW合金长基带坯锭，盘圆保存以备后续使用。
[0014]本发明与现有NiW合金坯锭制备技术工艺及所获得的NiW合金坯锭质量相比，具有以下特点:
[0015]1.本发明采用冷等静压成型、预烧和自阻垂熔烧结，初始坯锭成分均匀，内部缺陷少；
[0016]2.本发明采用旋锻的方法对NiW合金坯锭进行减径加工处理，细化合金中的晶粒，增加坯锭的致密度，有益于后续NiW合金基带的轧制；
[0017]3.本发明获得的中低钨含量NiW合金长基带坯锭，可用于百米级甚至千米级NiW合金基带的生产。而生产此类高附加值的高科技产品，可充分利用企业的现有资源，减少成本投入，使企业效益最大化。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为将采用该方法获得的Ni3W (W的摩尔含量为3%)合金基带坯锭轧制后获得的Ni3W合金基带表面的(111)面极图。
[0019]图2为将采用该方法获得的Ni7W (W的摩尔含量为7%)合金基带坯锭轧制后获得的Ni7W合金基带表面的(111)面极图。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]选取纯度为99.9%的Ni粉和W粉共3Kg，按照N1: W摩尔含量比为97:3进行充分混合，而后利用模具在冷等静压机中采用180MPa压力保持lOmin，获得直径30mm的圆柱形坯锭，经过540°C预烧30min，再利用自阻垂熔炉电流2000A保温60min烧结致密成型，获得初始Ni3W合金坯料，直径约为25mm。将该坯料在710°C进行开坯旋锻，道次变形量15%，道次直径分别约为21mm、18mm和15mm，温度逐道次递减，分别约为710°C、692°C和675°C，开坯完成总变形量的40%。而后移到旋锻串打设备上进行后续旋锻减径加工，加工温度由570°C开始，道次变形量控制在5%,道次直径分别约为13mm、12.4mm、11.8mm、11.2mm、10.6mm和10mm,温度逐道次递减，分别约为570 V、562 V、554 V、546 V、538 V和530 V，最终获得直径为IOmm的棒材。将该棒材氧化皮去除，采用传统冷轧工艺将其轧制至65 μ m得到Ni3W合金基带。
[0022]利用X射线衍射仪对退火后的Ni3W合金基带表面进行织构表征，得到如图1所示的该基带表面的(111)面极图。该极图表明此Ni3W合金基带表面具有高度集中的立方织构，能够满足YBCO超导材料对韧性金属基带的要求。这说明，采用冷等静压机、自阻垂熔炉、旋锻机等企业现有设备，可以生产制备出高附加值的NiW合金基带。
[0023]实施例2
[0024]选取纯度为99.8%的Ni粉和W粉共2.5Kg，按照N1: W摩尔含量比为93:7进行充分混合，而后利用模具在冷等静压机中采用280MPa压力保持3min，获得直径25mm的圆柱形坯锭，经过560°C预烧30min，再利用自阻垂熔炉电流2100A保温60min烧结致密成型，获得初始Ni7W合金坯料，直径约为20mm。将该坯料在720°C进行开坯旋锻，道次变形量5%，道次直径分别约为19mm、18mm、17.1mm、16.3mm、15.5mm、14.7mm和14mm,温度逐道次递减,分别约为720°C、715°C、711°C、707°C、703°C、699°C和695°C，开坯完成总变形量的30%。而后移到旋锻串打设备上进行后续旋锻减径加工，加工温度由580°C开始，道次变形量控制在5%，道次直径分别约为13.3mm、12.6mm、12mm、ll.4mm、10.8mm和10.3mm,温度逐道次递减,分别约为580°C、574°C、568°C、562°C、556°C和550°C，最终获得直径为10.3mm的棒材。将该棒材氧化皮去除，采用传统冷轧工艺将其轧制至75 μ m得到Ni7W合金基带。
[0025]利用X射线衍射仪对退火后的Ni7W合金基带表面进行织构表征，得到如图2所示的该基带表面的(111)面极图。该极图表明此Ni7W合金基带表面具有高度集中的立方织构，能够满足YBCO超导材料对韧性金属基带的要求。这说明，采用冷等静压机、自阻垂熔炉、旋锻机等企业现有设备，可以生产制备出高附加值的NiW合金基带。
【权利要求】
1.一种中低钨含量NiW合金长基带坯锭的制备方法，其特征在于，具体工艺步骤如下: 1)初始合金坯料的制备 将纯度大于99.5%的Ni粉和W粉按照W的摩尔含量为3?7%混合均匀，采用180?280MPa冷等静压保压3?IOmin成型，再经过550± 10°C预烧30min，而后在垂熔炉中烧结致密成型，获得初始NiW合金坯料； 2)初始坯料的旋锻 在715±5°C进行开坯旋锻，道次变形量5?15%，温度逐道次递减，最后道次温度区间为685±10°C ;开坯旋锻完成总变形量的30?40%后，移到旋锻串打设备上进行后续旋锻减径加工，加工温度由575±5°C开始，道次变形量控制在5%，温度逐道次递减，最后道次温度区间为540±10°C ;获得的棒材直径不小于IOmm ； 3)合金棒材的清洗与盘圆 将旋锻完毕的棒材通过酸洗或碱洗去除表面加工过程中产生的氧化皮，最终得到NiW合金长基带坯锭。
【文档编号】B23P15/00GK103551809SQ201310518271
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】索红莉, 马麟, 梁雅儒, 陈立佳, 孟易辰, 田辉, 王毅, 刘敏 申请人:北京工业大学