专利名称：一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多芯复合超导线材的制备方法，尤其是涉及一种矩形截面Cu-Nb 多芯复合线材的制备方法。
背景技术：
高强高导铜基材料是一类具有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，既 具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的耐高温性能，广泛应用于转换开关、点接触 器、引线框架、单点弹簧等器件中，近年来主要用于强磁场脉冲磁体中，随着高强高导铜基 材料应用领域的不断扩大其消耗量也在迅速增长，这种材料被认为极其具有发展潜力和广 泛应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国专家学者的高度关注。脉冲磁体是目前实现60T以上的高磁场的唯一手段，可为物理、生物和材料领域 的科学研究提供基础平台。根据可重复性与否将脉冲磁体分为两类，一类是百特斯拉级的 强磁体，通过磁通瞬间的急剧变化产生超强磁场，仅能使用一次，称为破坏性脉冲磁体；另 一类是磁场强度低于100T的脉冲磁体，可以重复放电使用，称为非破坏性脉冲磁体。非破 坏性脉冲磁体可重复性较好，且成本较低，可广泛应用于各类研究机构。非破坏性脉冲磁体对导体材料提出了很高要求，要求材料具有高强度抵抗洛仑兹 力，具有良好的导电性以减少发热量，具有较好的延展性便于绕制小内径线圈。目前，满足 脉冲磁体需要的导体材料以Cu/Nb材料为主。同时，由于导体材料经过螺线管绕制成脉冲 磁体，要求采用最密排的方式，使材料受力均勻，保持磁体均勻度。由于矩形截面导线相比 圆型截面导线具有较好的填充性，可以保证导体材料绕组的充分紧密填充，实现磁体结构 的机械强度，使各处绕组均勻承受最大载荷，同时保证材料具有良好的导电率以降低焦耳 热效应。因此，获得60T以上的脉冲磁体的导体材料通常采用矩形截面Cu-Nb多芯复合线。矩形截面Cu-Nb多芯复合线的加工通常在原位法或者集束拉拔方法的基础上，将 最终圆形截面线材通过四辊轧机或型辊轧机轧制成型。在轧制过程中，圆形截面线材需要 经过多道次复杂的塑性变形过程才能变为矩形截面线材，不但要选择高精度轧机和坯料尺 寸，而且要制定合理的轧制工艺(道次压下量的控制、张力大小的调整与配合等等)，如果 选择不当很容易造成材料由于受力变形不均，导致线材在轧制过程中边部出现裂纹和镰刀 弯等缺陷，导致线材性能下降，同时也大大降低了线材成品率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矩形截面 Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其工艺步骤简单、流程短、生产效率高且制备成本低、使用 效果好、所生产的Cu-Nb多芯复合线材性能优越，适合批量化生产，能较好地控制矩形截面 的尺寸精度，能加工出任意尺寸和长度且含有上亿数量级的的矩形截面Cu-Nb多芯复合线 材。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、第一次挤压组装，其挤压组装过程如下101、第一次组装将单根纯Nb棒和无氧铜外包套一组装为Cu-Nb复合包套，所述 Cu-Nb复合包套由单根纯Nb棒和同轴套装在纯Nb棒上的无氧铜外包套一组成；所述无氧 铜外包套一包括无氧铜外包管一以及设置在所述无氧铜外包管一上、下端的上端盖一和下
端盖一； 102、第一次真空封焊采用真空焊将步骤101中所述上端盖一和下端盖一分别焊 封在所述无氧铜外包管一的上、下端部；103、第一次挤压采用挤压设备对经第一次真空封焊后的Cu-Nb复合包套进行 挤压并获得Cu-Nb复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为550°C 750°C，保温时间为 1. 5h 2h，挤压比为11 33. 5 ；104、第一次拉拔采用拉拔设备对步骤103中所述的Cu-Nb复合棒材进行拉拔并 获得横截面为圆形的Cu-Nb复合棒材一；且进行拉拔时，道次加工率为20士5% ；步骤二、第二次挤压组装，其挤压组装过程如下201、第二次预拉拔采用拉拔设备将步骤104中所述的Cu-Nb复合棒材一拉拔成 设计尺寸的六方芯棒；202、第二次后续处理对201中所述的六方芯棒进行定尺、截断和清洗后待用；203、第二次组装将经步骤202中第二次后续处理后的多根六方芯棒无间隙组装 为一体，并放置于无氧铜外包套二中直至将所述无氧铜外包套二充满，获得Cu-Nb多芯复 合包套；所述无氧铜外包套二包括无氧铜外包管二以及设置在所述无氧铜外包管二上、下 端的上端盖二和下端盖二；204、第二次真空封焊采用真空焊将步骤203中所述上端盖二和下端盖二分别焊 封在所述无氧铜外包管二上、下端部；205、第二次挤压采用挤压设备对经第二次真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套 进行挤压并获得横截面为圆形的Cu-Nb多芯复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为 550°C 750°C，保温时间为1. 5h 2h，挤压比为11 33. 5 ；206、第二次主拉拔采用拉拔设备对步骤205中所述的Cu-Nb多芯复合挤压棒材 进行拉拔并获得横截面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝一；步骤三、第三次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤206中所述Cu-Nb多芯复合细丝一依次进行第三次预拉拔、第三次后 续处理、第三次组装、第三次真空封焊、第三次挤压和第三次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝二 ；步骤四、第四次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤三中所述Cu-Nb多芯复合细丝二依次进行第四次预拉拔、第四次后 续处理、第四次组装、第四次真空封焊、第四次挤压和第四次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝三；且第四次主拉拔期间交替进行两次用 于消除所述Cu-Nb多芯复合细丝三内部残余应力的真空热处理，两次真空热处理温度均为 200°C 300°C，保温时间均为1. 5h 2h，且真空度均在10_3Pa以上；步骤203中所述多根六方芯棒的数量为η根；且步骤三中所述的第三次组装和步骤四中所述的第四次组装中，所组装六方芯棒的尺寸和数量均与步骤203中所述六方芯棒 的尺寸和数量相同；所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合 细丝三的尺寸均相同；步骤五、矩形模定型拉拔通过拉拔设备且采用矩形模对经第四次挤压组装及真 空热处理后所获得的Cu-Nb多芯复合细丝三进行多道模定型拉拔，并获得设计尺寸的η3芯 矩形截面Cu-Nb多芯复合超导线材成品。上述步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤步骤 四中所述的第四次主拉拔中，当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径> 5mm时，拉拔道次 加工率为20士5% ；当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径< 5mm时，拉拔道次加工率为 10% 15% ；
上述步骤104中所述的第一次拉拔后，需采用由合金制成的扒皮模具一扒除所述 Cu-Nb复合棒材一外表面的铜氧化层，所述扒皮模具一的结构尺寸与所述Cu-Nb复合棒材 一的结构尺寸相对应；步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤四中所述 的第四次主拉拔后，均需采用由合金制成的扒皮模具二扒除所述Cu-Nb多芯复合细丝一、 Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三外表面的铜氧化层，所述扒皮模具二的结 构尺寸与所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三的 结构尺寸相对应。上述步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊和步骤 四中所述的第四次真空封焊之后，均对经真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套进行热等静 压处理，且热等静压加热温度为700°C 800°C，所加压力为95Mpa llOMpa，保压时间为 2h 2. 5h。上述步骤102中所述的第一次真空封焊、步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤 三中所述的第三次真空封焊和步骤四中所述的第四次真空封焊中进行真空焊时，真空度均 在ICT3Pa以上。上述步骤五中所采用矩形模的数量为两个，且两个矩形模的尺寸不同。上述步骤101中所述的对纯Nb棒和无氧铜外包套一进行组装前，需对纯Nb棒和 无氧铜外包套一分别进行酸洗、脱水和烘干处理。上述步骤101中所述的进行酸洗时，采用由硝酸和水组成的混合酸一对无氧铜外 包套一进行酸洗；采用硝酸、水和氢氟酸组成的混合酸二进行纯Nb棒进行酸洗，酸洗之后 用酒精进行脱水。所述混合酸一中硝酸和水的体积比为1 2 ；所述混合酸二中硝酸、水和氢氟酸的 体积比1:2:3。上述步骤203中所述多根六方芯棒的数量η = 580 600根。本发明与现有技术相比具有以下优点1、工艺步骤简单、流程短且制备成本低。2、制备效果好，本发明能保证矩形截面多芯复合超导线材加工的稳定性，同时采 用本发明制备的Cu-Nb多芯复合超导线材，可以提高磁体绕制时总的填充系数，并且线材 仍然能保持高临界电流密度特征。实际使用过程中，既保证了线材在高的脉冲磁场中材料所具有的强度、导电和导热性能，同时也保证了导线均勻性和稳定性，采用矩形模定型拉拔 与采用四辊轧机或型辊轧机制备矩形截面多芯复合超导线材的传统工艺相比，将多芯复合 长线的均勻性和加工效率提高40% 50%，适合批量化复合线材的制备与发展。3、操作简便、控制方便且所加工的Cu-Nb多芯复合超导线材的矩形截面尺寸精度 高，加工过程中受力均勻。4、适用范围广且产业价值高，适宜大规模生产，可以加工出任意尺寸和长度且内 部含有上亿数量级的矩形截面多芯复合超导线材。5、设计合理且生产效率高，采用四次复合体组装、挤压及拉拔技术，制备截面为圆 形的Cu-Nb多芯复合超导线材，随后通过设计合理的矩形模拉拔获得截面为矩形的Cu-Nb 多芯复合线材，克服了传统四辊轧机或型辊轧机在轧制过程中受力不均勻、不易加工且所 加工出的线材表面易出现的耳子、结疤、麻面、蛇形弯等缺陷和不足。综上所述，本发明工艺步骤简单、流程短且制备成本低、使用效果好，能较好地 控制矩形截面的尺寸精度，避免了传统四辊轧机或型辊轧机在轧制过程中由于受力变形 不均勻、易产生不良缺陷等现象，适合批量化生产，可以加工出任意尺寸和长度的矩形截 面Cu-Nb多芯复合线材，进一步提高了 Cu-Nb多芯复合长线的均勻性和加工效率，在满足 Cu-Nb多芯复合线材材料在高脉冲磁场中所具有的强度和导电、导热性能，同时也保证了导 线的稳定性。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式如图1所示的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，包括以下步骤步骤一、第一次挤压组装，其挤压组装过程如下101、第一次组装将单根纯Nb棒和无氧铜外包套一组装为Cu-Nb复合包套，所述 Cu-Nb复合包套由单根纯Nb棒和同轴套装在纯Nb棒上的无氧铜外包套一组成；所述无氧 铜外包套一包括无氧铜外包管一以及设置在所述无氧铜外包管一上、下端的上端盖一和下
端盖一；102、第一次真空封焊采用真空焊将步骤101中所述上端盖一和下端盖一焊封在 所述无氧铜外包管一上、下端部；103、第一次挤压采用挤压设备对经第一次真空封焊后的Cu-Nb复合包套进行 挤压并获得Cu-Nb复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为550°C 750°C，保温时间为 1. 5h 2h，挤压比为11 33. 5 ；104、第一次拉拔采用拉拔设备对步骤103中所述的Cu-Nb复合棒材进行拉拔并 获得横截面为圆形的Cu-Nb复合棒材一；且进行拉拔时，道次加工率为20士5%。实际操作过程中，第一次拉拔后，需采用由合金制成的扒皮模具一扒除所述Cu-Nb 复合棒材一外表面的铜氧化层，所述扒皮模具一的结构尺寸与所述Cu-Nb复合棒材一的结 构尺寸相对应
步骤二、第二次挤压组装，其挤压组装过程如下201、第二次预拉拔采用拉拔设备将步骤104中所述的Cu-Nb复合棒材一拉拔成 设计尺寸的六方芯棒；202、第二次后续处理对201中所述的六方芯棒进行定尺、截断和清洗后待用；203、第二次组装将经步骤202中第二次后续处理后的多根六方芯棒无间隙组装 为一体，并放置于无氧铜外包套二中直至将所述无氧铜外包套二充满，获得Cu-Nb多芯复 合包套；所述无氧铜外包套二包括无氧铜外包管二以及设置在所述无氧铜外包管二上、下 端的上端盖二和下端盖二；204、第二次真空封焊采用真空焊将步骤203中所述上端盖二和下端盖二焊封在 所述无氧铜外包管二上、下端部；205、第二次挤压采用挤压设备对经第二次真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套 进行挤压并获得横截面为圆形的Cu-Nb多芯复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为 550°C 750°C，保温时间为1. 5h 2h，挤压比为11 33. 5 ；206、第二次主拉拔采用拉拔设备对步骤205中所述的Cu_Nb多芯复合挤压棒材 进行拉拔并获得横截面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝一。步骤三、第三次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤206中所述Cu-Nb多芯复合细丝一依次进行第三次预拉拔、第三次后 续处理、第三次组装、第三次真空封焊、第三次挤压和第三次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝二。步骤四、第四次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤三中所述Cu-Nb多芯复合细丝二依次进行第四次预拉拔、第四次后 续处理、第四次组装、第四次真空封焊、第四次挤压和第四次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝三；且第四次主拉拔期间交替进行两次用 于消除所述Cu-Nb多芯复合细丝三内部残余应力的真空热处理，两次真空热处理温度均为 200°C 300°C，保温时间均为1. 5h 2h，且真空度均在10_3Pa以上。步骤203中所述多根六方芯棒的数量为n根；且步骤三中所述的第三次组装和步 骤四中所述的第四次组装中，所组装六方芯棒的尺寸和数量均与步骤203中所述六方芯棒 的尺寸和数量相同；所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合 细丝三的尺寸均相同。步骤五、矩形模定型拉拔通过拉拔设备且采用矩形模对经第四次挤压组装及真 空热处理后所获得的Cu-Nb多芯复合细丝三进行多道模定型拉拔，并获得设计尺寸的n3芯 矩形截面Cu-Nb多芯复合超导线材成品。步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤步骤四中 所述的第四次主拉拔中，当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径> 5mm时，拉拔道次加 工率为20士5% ；当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径< 5mm时，拉拔道次加工率为 10% 15%。步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤四中 所述的第四次主拉拔后，均需采用由合金制成的扒皮模具二扒除所述Cu-Nb多芯复合细丝 一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三外表面的铜氧化层，所述扒皮模具二的 结构尺寸与所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三的结构尺寸相对应。步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊 和步骤四中所述的第四次真空封焊之后，均对经真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套进行热 等静压处理，且热等静压加热温度为700°C 800°C，所加压力为95Mpa llOMpa，保压时间 为 2h 2. 5h。步骤102中所述的第一次真空封焊、步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三 中所述的第三次真空封焊和步骤四中所述的第四次真空封焊中进行真空焊时，真空度均在 10-3Pa 以上。步骤五中所采用矩形模的数量为两个，且两个矩形模的尺寸不同。步骤101中所 述的对纯Nb棒和无氧铜外包套一进行组装前，需对纯Nb棒和无氧铜外包套一分别进行酸 洗、脱水和烘干处理。且进行酸洗时，采用由硝酸和水组成的混合酸一对无氧铜外包套一进 行酸洗；采用硝酸、水和氢氟酸组成的混合酸二进行纯Nb棒进行酸洗，酸洗之后用酒精进 行脱水。实施例1本实施例中，对矩形截面Cu-Nb多芯复合线材进行制备时，其制备过程如下101、第一次组装将单根①67mm纯Nb棒和①100 X 15 X 280mm的无氧铜外包套 一组装为Cu-Nb复合包套。且组装之前，需对所述纯Nb棒和的无氧铜外包套一进行酸洗、 脱水和烘干。且进行酸洗时，采用由硝酸和水组成的混合酸一对无氧铜外包套一进行酸洗， 所述混合酸一中硝酸和水的体积比为1 2;采用硝酸、水和氢氟酸组成的混合酸二进行 纯Nb棒进行酸洗，酸洗之后用酒精进行脱水，所述混合酸二中硝酸、水和氢氟酸的体积比 1:2:3。所述无氧铜外包套一包括无氧铜外包管一以及设置在所述无氧铜外包管一上、 下端的上端盖一和下端盖一。102、第一次真空封焊采用真空焊将步骤101中所述上端盖一和下端盖一焊封在 所述无氧铜外包管一上、下端部。103、第一次挤压采用挤压设备对经第一次真空封焊后的Cu-Nb复合包套进行挤 压并获得Cu-Nb复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为600°C，保温时间为1. 8h，挤压比 为22。104、第一次拉拔采用拉拔设备对步骤103中所述的Cu-Nb复合棒材进行拉拔并 获得横截面为圆形的Cu-Nb复合棒材一；且进行拉拔时，道次加工率为20士5%。步骤二、第二次挤压组装，其挤压组装过程如下201、第二次预拉拔采用拉拔设备将步骤104中所述的Cu-Nb复合棒材一拉拔成 边长为3. 30mm的六方芯棒。202、第二次后续处理对201中所述的六方芯棒进行定尺、截断和清洗后待用。进 行清洗时，采用由硝酸和水组成的混合酸进行酸洗。203、第二次组装将经步骤202中第二次后续处理后的n根六方芯棒无间隙组装 为一体，并放置于无氧铜外包套二中直至将所述无氧铜外包套二充满，获得Cu-Nb多芯复 合包套；所述无氧铜外包套二包括无氧铜外包管二以及设置在所述无氧铜外包管二上、下 端的上端盖二和下端盖二。所述无氧铜外包套二的尺寸为①100 X 15 X 280mm。所述n根六 方芯棒的数量为n = 580 600根。204、第二次真空封焊采用真空焊将步骤203中所述上端盖二和下端盖二焊封在所述无氧铜外包管二上、下端部。205、第二次挤压采用挤压设备对经第二次真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套进行挤压并获得横截面为圆形的Cu-Nb多芯复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为 600°C，保温时间为1. 8h，挤压比为22。206、第二次主拉拔采用拉拔设备对步骤205中所述的Cu-Nb多芯复合挤压棒材 进行拉拔并获得横截面为圆形且尺寸为Φ3. Omm的Cu-Nb多芯复合细丝一。步骤三、第三次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤206中所述Cu-Nb多芯复合细丝一依次进行第三次预拉拔、第三次后 续处理、第三次组装、第三次真空封焊、第三次挤压和第三次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且尺寸为Φ3. Omm的Cu-Nb多芯复合细丝二。步骤四、第四次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤三中所述Cu-Nb多芯复合细丝二依次进行第四次预拉拔、第四次后 续处理、第四次组装、第四次真空封焊、第四次挤压和第四次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且尺寸为Φ3. Omm的Cu-Nb多芯复合细丝三。且第四次主拉拔期间交替进行两次用于消除所述Cu-Nb多芯复合细丝三内部残 余应力的真空热处理，两次真空热处理温度均为250°C，保温时间均为1.8h，且真空度均在 10_3Pa 以上。步骤五、矩形模定型拉拔通过拉拔设备且采用矩形模对经第四次挤压组装及真 空热处理后所获得的Cu-Nb多芯复合细丝三进行多道模定型拉拔，并获得设计尺寸的η3芯 矩形截面Cu-Nb多芯复合超导线材成品。步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤步骤四中 所述的第四次主拉拔中，当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径> 5mm时，拉拔道次加 工率为20士5% ；当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径< 5mm时，拉拔道次加工率为 10% 15%。步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊和步骤四中 所述的第四次真空封焊之后，均对经真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套进行热等静压处 理，且热等静压加热温度为750°C，所加压力为lOOMpa，保压时间为2. 2h。步骤102中所述 的第一次真空封焊、步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊 和步骤四中所述的第四次真空封焊中进行真空焊时，真空度均在ICT3Pa以上。本实施例中，其余方法步骤均与如图1所述的矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制 备方法相同。最终经两个矩形模定型拉拔后，制得Φ 3. Omm的矩形截面Cu-Nb多芯复合超 导线材成品，经试验测得材料截面面积为6. 09mm2,室温抗拉强度980MPa，电导率大于70% IACS。实施例2本实施例中，与实施例1不同的是步骤103中进行第一次挤压时，挤压温度为 750°C，保温时间为1. 5h，挤压比为25 ；步骤205中进行第二次挤压时，挤压温度为750°C， 保温时间为1. 5h，挤压比为25 ；步骤三中进行第三次挤压组装和步骤四中进行第四次挤压 组装时，其方法步骤和相关工艺参数均与步骤二相同；且第四次主拉拔期间交替进行两次 真空热处理时，两次真空热处理温度均为200°C，保温时间均为2h ；步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊和步骤四中所述的第四次真空封焊之后，进 行热等静压处理时，加热温度为700°C，所加压力为95Mpa，保压时间为2. 5h。本实施例中， 其余方法步骤均与实施例1相同，经试验测得所制得矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的材料 截面面积为6. 0mm2，室温抗拉强度1040MPa，电导率大于71. 2% IACS。实施例3本实施例 中，与实施例1不同的是步骤103中进行第一次挤压时，挤压温度为 550°C，保温时间为2h，挤压比为11 ；步骤205中进行第二次挤压时，挤压温度为550°C，保 温时间为2h，挤压比为11 ；步骤三中进行第三次挤压组装和步骤四中进行第四次挤压组装 时，其方法步骤和相关工艺参数均与步骤二相同；且第四次主拉拔期间交替进行两次真空 热处理时，两次真空热处理温度均为200°C，保温时间均为2h ；步骤204中所述的第二次真 空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊和步骤四中所述的第四次真空封焊之后，进行热 等静压处理时，加热温度为800，所加压力为1 lOMpa，保压时间为2h。本实施例中，其余方法 步骤均与实施例1相同，经试验测得所制得矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的材料截面面积 为6. 0mm2，室温抗拉强度1040MPa，电导率大于71. 2% I ACS。实施例4本实施例中，与实施例1不同的是步骤103中进行第一次挤压时，挤压温度 为700°C，保温时间为2. lh，挤压比为33. 5 ；步骤205中进行第二次挤压时，挤压温度为 700°C，保温时间为2. lh，挤压比为33. 5 ；步骤三中进行第三次挤压组装和步骤四中进行第 四次挤压组装时，其方法步骤和相关工艺参数均与步骤二相同；且第四次主拉拔期间交替 进行两次真空热处理时，两次真空热处理温度均为230°C，保温时间均为2h ；步骤204中所 述的第二次真空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊和步骤四中所述的第四次真空封焊 之后，进行热等静压处理时，加热温度为780°C，所加压力为105Mpa，保压时间为2h。本实施 例中，其余方法步骤均与实施例1相同，经试验测得所制得矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的 材料截面面积为5. 89mm2，室温抗拉强度1120MPa，电导率大于72. 1% IACS。实施例5本实施例中，与实施例3不同的是步骤103中进行第一次挤压时，挤压温度为 700°C，保温时间为2. lh，挤压比为30 ；步骤205中进行第二次挤压时，挤压温度为700°C， 保温时间为2. lh，挤压比为30。本实施例中，其余方法步骤均与实施例1相同。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、第一次挤压组装，其挤压组装过程如下101、第一次组装将单根纯Nb棒和无氧铜外包套一组装为Cu-Nb复合包套，所述Cu-Nb复合包套由单根纯Nb棒和同轴套装在纯Nb棒上的无氧铜外包套一组成；所述无氧铜外包套一包括无氧铜外包管一以及设置在所述无氧铜外包管一上、下端的上端盖一和下端盖一；102、第一次真空封焊采用真空焊将步骤101中所述上端盖一和下端盖一分别焊封在所述无氧铜外包管一的上、下端部；103、第一次挤压采用挤压设备对经第一次真空封焊后的Cu-Nb复合包套进行挤压并获得Cu-Nb复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为550℃～750℃，保温时间为1.5h～2h，挤压比为11～33.5；104、第一次拉拔采用拉拔设备对步骤103中所述的Cu-Nb复合棒材进行拉拔并获得横截面为圆形的Cu-Nb复合棒材一；且进行拉拔时，道次加工率为20±5％；步骤二、第二次挤压组装，其挤压组装过程如下201、第二次预拉拔采用拉拔设备将步骤104中所述的Cu-Nb复合棒材一拉拔成设计尺寸的六方芯棒；202、第二次后续处理对201中所述的六方芯棒进行定尺、截断和清洗后待用；203、第二次组装将经步骤202中第二次后续处理后的多根六方芯棒无间隙组装为一体，并放置于无氧铜外包套二中直至将所述无氧铜外包套二充满，获得Cu-Nb多芯复合包套；所述无氧铜外包套二包括无氧铜外包管二以及设置在所述无氧铜外包管二上、下端的上端盖二和下端盖二；204、第二次真空封焊采用真空焊将步骤203中所述上端盖二和下端盖二分别焊封在所述无氧铜外包管二上、下端部；205、第二次挤压采用挤压设备对经第二次真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套进行挤压并获得横截面为圆形的Cu-Nb多芯复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为550℃～750℃，保温时间为1.5h～2h，挤压比为11～33.5；206、第二次主拉拔采用拉拔设备对步骤205中所述的Cu-Nb多芯复合挤压棒材进行拉拔并获得横截面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝一；步骤三、第三次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和相关工艺参数，对步骤206中所述Cu-Nb多芯复合细丝一依次进行第三次预拉拔、第三次后续处理、第三次组装、第三次真空封焊、第三次挤压和第三次主拉拔处理，并相应获得横截面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝二；步骤四、第四次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和相关工艺参数，对步骤三中所述Cu-Nb多芯复合细丝二依次进行第四次预拉拔、第四次后续处理、第四次组装、第四次真空封焊、第四次挤压和第四次主拉拔处理，并相应获得横截面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝三；且第四次主拉拔期间交替进行两次用于消除所述Cu-Nb多芯复合细丝三内部残余应力的真空热处理，两次真空热处理温度均为200℃～300℃，保温时间均为1.5h～2h，且真空度均在10-3Pa以上；步骤203中所述多根六方芯棒的数量为n根；且步骤三中所述的第三次组装和步骤四中所述的第四次组装中，所组装六方芯棒的尺寸和数量均与步骤203中所述六方芯棒的尺寸和数量相同；所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三的尺寸均相同；步骤五、矩形模定型拉拔通过拉拔设备且采用矩形模对经第四次挤压组装及真空热处理后所获得的Cu-Nb多芯复合细丝三进行多道模定型拉拔，并获得设计尺寸的n3芯矩形截面Cu-Nb多芯复合超导线材成品。
2.按照权利要求1所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征在 于步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤步骤四中所述 的第四次主拉拔中，当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径> 5mm时，拉拔道次加工率 为20士5%;当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径< 5mm时，拉拔道次加工率为10% 15% ；
3.按照权利要求1或2所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征 在于步骤104中所述的第一次拉拔后，需采用由合金制成的扒皮模具一扒除所述Cu-Nb复 合棒材一外表面的铜氧化层，所述扒皮模具一的结构尺寸与所述Cu-Nb复合棒材一的结构 尺寸相对应；步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤四中所述的第 四次主拉拔后，均需采用由合金制成的扒皮模具二扒除所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb 多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三外表面的铜氧化层，所述扒皮模具二的结构尺寸 与所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三的结构尺 寸相对应。
4.按照权利要求1或2所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特 征在于步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三中所述的第三次真空封焊和步骤四中 所述的第四次真空封焊之后，均对经真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套进行热等静压处 理，且热等静压加热温度为700°C 800°C，所加压力为95Mpa llOMpa，保压时间为2h 2. 5h。
5.按照权利要求1或2所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特 征在于步骤102中所述的第一次真空封焊、步骤204中所述的第二次真空封焊、步骤三 中所述的第三次真空封焊和步骤四中所述的第四次真空封焊中进行真空焊时，真空度均在 l(T3Pa 以上。
6.按照权利要求1或2所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征 在于步骤五中所采用矩形模的数量为两个，且两个矩形模的尺寸不同。
7.按照权利要求1或2所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征 在于步骤101中所述的对纯Nb棒和无氧铜外包套一进行组装前，需对纯Nb棒和无氧铜外 包套一分别进行酸洗、脱水和烘干处理。
8.按照权利要求7所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征在于 步骤101中所述的进行酸洗时，采用由硝酸和水组成的混合酸一对无氧铜外包套一进行酸 洗；采用硝酸、水和氢氟酸组成的混合酸二进行纯Nb棒进行酸洗，酸洗之后用酒精进行脱 水。
9.按照权利要求8所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征在于所述混合酸一中硝酸和水的体积比为1 2;所述混合酸二中硝酸、水和氢氟酸的体积比
10.按照权利要求1或2所述的一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其特征 在于步骤203中所述多根六方芯棒的数量η = 580 600根。
全文摘要
本发明公开了一种矩形截面Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，包括以下步骤一、将单根纯Nb棒和无氧铜外包套一进行第一次挤压组装及拉拔；二、第二次挤压组装，并获得Cu-Nb多芯复合细丝一；三、按照步骤二中的挤压组装方法和相关工艺参数，重复进行第三次挤压组装；四、按照步骤二中的挤压组装方法和相关工艺参数，重复进行第四次挤压组装；五、矩形模定型拉拔。本发明工艺步骤简单、流程短、生产效率高且制备成本低、使用效果好、所生产的Cu-Nb多芯复合线材性能优越，适合批量化生产，能较好地控制矩形截面的尺寸精度，能加工出任意尺寸和长度且含有上亿数量级的的矩形截面Cu-Nb多芯复合线材。
文档编号H01B12/02GK101872660SQ20101018047
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者卢亚锋, 张平祥, 李成山, 梁明, 段颖, 闫果, 陈自力 申请人:西北有色金属研究院