一种元素扩散型复合基带的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高温涂层超导体用立方织构镍钨合金复合基带的制备方法，属于高温涂层超导基带制备技术领域。
【背景技术】
[0002]涂层超导材料是一种有着广泛应用前景和巨大潜在商业价值的高温超导材料之一。在涂层导体用织构金属基带中，由于复合基带的芯层使用了高强度、无铁磁性的合金材料，这样在复合基带表层具有高立方织构的同时也进一步提高了基带整体的力学性能和磁性能，因此复合基带是一种高性能并且具有高潜在应用价值的新型金属合金基带之一。其中元素扩散型复合基带已被证明是一种能够获得锐利立方织构，同时具有良好内外层界面连接性的高性能涂层导体用织构金属基带。
[0003]目前，N1-W合金基带是科学界研宄最广泛的基带材料之一。粉末冶金制备复合基带的方法相较于熔炼法更容易实现层间元素的互扩散。粉末冶金制备复合基带的再结晶的温度要远高于熔炼法制备的复合基带，扩散效应更明显。热等静压技术则更利于制备大坯锭，实现复合基带的产业化生产。但过高的退火温度会加深复合基带表面热侵蚀沟槽的深度和宽度，不利于后续在复合基带表面过渡层的涂覆。鉴于此，本发明采用粉末冶金法制备元素扩散型复合N1-W合金基带。利用电脉冲技术，在动态退火的过程中对炉膛内退火的基带部分通以高频低压大电流的脉冲电流，从而极大地提升复合基带层间元素的互扩散，并同时在一定程度上降低了基带的再结晶温度。
[0004]在液态金属凝固方面，脉冲电流处理使金属的凝固温度升高，凝固时间缩短，温度梯度减小，凝固组织细化，力学性能改善；在固态金属元素扩散方面，电脉冲技术可以提高元素的扩散系数，降低扩散退火温度。减小高温退火过程中的能耗，降低成本。除了促进复合基带层间元素的互扩散效应，高能脉冲的主要作用来源于电子与位错间的相互作用，能极大地促进合金的再结晶过程，但它只是促进了形变组织中的再结晶形核，并不会对形变带中的形核机制产生明显的影响，因此对复合基带最终的织构并没有太大的影响。
[0005]总之，粉末冶金法制备的三明治结构的N1-W合金复合基带更利于层间的元素互扩散，使内层高W含量最终充分向外层扩散，是复合基带整体的铁磁性能得到降低。电脉冲加速了复合基带的这种元素扩散效应，同时也间接改善了复合基带表面的粗糙度，使复合基带整体的应用性能得到进一步的提升。
[0006]本发明的方法可以应用于立式动态退火装置制备高性能复合基带的大规模生产。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提出了一种粉末冶金制备元素扩散型复合N1-W合金基带的方法，其特征在于，具体步骤如下:
[0008](I)将纯度都大于99.9%的Ni粉和W粉，分别按照W的原子百分含量为8%和12%进行配比；分别将这两种不同配比的原材料经过高能球磨混合均匀后，分层将粉末依次装入抽真空的薄壁成形包套中进行热等静压，热等静压温度为1100?1200°C，压力为150MPa，保温保压时间为10?30min ;优选按照1:2:1的体积比例分成三层装入抽真空的薄壁成形包套中，其中，W含量较高的N1、W混合粉末置于中间层；
[0009](2)将热等静压后的坯锭作均匀化热处理，热轧开坯，再后续冷轧至70?100 μ m厚的复合薄带；总变形量为99?99.3% ;
[0010](3)在通有氩氢保护气氛的立式热处理炉中对复合带进行动态再结晶热处理退火；走带速率为5?10mm/min，复合带在恒温区1000?1300°C走带总时间控制在Ih?2h。优选在退火的同时，对复合基带在热处理炉炉膛内的部分通以脉冲电流；电极之间的间距为900mm，脉冲频率150?300Hz，采用电流密度为450?650A/mm2、电压低于5V的直流电；脉冲电流是通过热处理炉炉膛上、下方两个金属导轮直接接触作用于复合带材表面；金属导轮材质为无氧纯铜，金属导轮分别与脉冲电流发生装置的正负极相连，退火装置示意图如图1所示；复合基带最后会随着卷收带系统缓慢走出热处理炉炉膛，实现一定的空冷效果O
[0011]本发明的关键在于制定一种特殊的涂层导体用镍钨合金复合基带的制备工艺，以获得性能优异的合金基带；相较于传统的单层镍钨合金基带，改善了基带整体的立方织构含量、铁磁性能和强度；粉末冶金技术结合电脉冲退火技术制备的镍钨合金复合基带更容易实现层间元素的互扩散。本发明能应用于复合基带的大规模工业化生产。
[0012]本发明将轧制完成的复合镍钨合金带材加热、保温的同时，在带材的两端施加低压、大电流密度的脉冲电流。本发明以其特有的制备复合基带的方法，得到了高性能的镍钨合金复合基带，三明治结构的复合基带利用内层较高的溶质含量向外层扩散使复合基带整体达到低铁磁性和高强度，同时不影响基带表面形成锐利的立方织构。电脉冲技术的引入一方面加速了层间元素的互扩散效应，另一方面又促进了基带的再结晶形核，降低了再结晶退火温度，从而既达到了节能环保之功效，又有效减轻了基带退火后晶界间的热侵蚀沟槽给后续镀膜带来的不利影响。本发明所制备的合金复合基带具有高立方织构含量、低磁性、高强度等特点，并且易于大规模工业化生产。
【附图说明】
[0013]图1、退火装置示意图；
[0014]图2、实施例1中制备的N1-W合金复合基带RD-ND截面经EDS线扫描测得的元素分布曲线；
[0015]图3、实施例2中制备的N1-W合金复合基带RD-ND截面经EDS线扫描测得的元素分布曲线；
[0016]图4、实施例3中制备的N1-W合金复合基带RD-ND截面经EDS线扫描测得的元素分布曲线；
[0017]图5、实施例4中制备的N1-W合金复合基带RD-ND截面经EDS线扫描测得的元素分布曲线；
[0018]图6、实施例1?4中制备的N1-W合金复合基带表面XRF测得的W元素含量和EBSD测得的表面立方织构含量的分布曲线；
[0019]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0021]实施例1:
[0022]将纯度都为99.95%的Ni粉和W粉，分别按照W的原子百分含量为8%和12%进行配比；分别将这两种不同配比的原材料分别经过高能球磨混合均匀后，按照1:2:1的体积比例将三层粉末依次装入抽真空的薄壁成形包套中进行热等静压，W含量较高的N1、W混合粉末置于中间层；热等静压温度为1200°C，压力为150MPa，保温保压时间为25min ;将热等静压后的坯锭作均匀化热处理，热轧开坯，再后续冷轧至80 μ m厚的复合薄带，总变形量为99% ;在通有氩氢保护气氛的立式热处理炉中对复合带进行再结晶热处理退火；走带速率为1