一种镶嵌焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法与流程

本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种镶嵌焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法。

背景技术：

目前NbTi超导体主要应用于磁共振成像(MRI)、核磁共振(NMR)、实验室仪器、粒子加速器、电力、扫雷、矿石磁分离、磁悬浮列车、超导储能(SMES)等领域；传统NbTi/Cu多芯超导线的制备一般包括合金制备、合金棒加工、多芯复合体组合与加工、多芯超导线的热处理等工艺过程；由于加工过程复杂以及成本高等因素的影响，所制备的NbTi/Cu多芯超导线的铜比一般都控制在4以下；但对于有些领域如3T以下磁共振成像(MRI)系统，其所用的NbTi超导磁体需要很高的稳定性，而铜比则是影响其稳定性的主要因素之一；铜比越高，其稳定性越好。因此，制备铜比高于7:1的NbTi/Cu多芯超导线对于获得高稳定的NbTi超导磁体至关重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种镶嵌焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，解决了现有加工方法制备高铜比NbTi/Cu超导线材时存在的加工过程复杂的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种镶嵌焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，选取低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线；

步骤2，将选取的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线和加工的U型铜槽线在清洗液中进行在线超声清洗，并采用压缩空气吹干；

步骤3，将步骤2清洁后的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线通过模具镶嵌到一起，然后浸入锡槽进行焊接，通过刮锡模刮掉多余的锡，冷却至室温后，即制得铜比不小于7：1的高铜比NbTi/Cu超导线材。

本发明的特点还在于，

步骤2中，清洗液由金属清洗剂和纯净水混合而成，金属清洗剂按照质量百分比由以下原料组成：氢氧化钠15％，偏硅酸钠40％，碳酸氢钠34％，表面活性剂5％，余量为三聚磷酸钠，以上原料质量百分比之和为100％。

表面活性剂为烷基磺酸钠阴离子型活性剂。

清洗液中金属清洗剂的质量分数为10～25％。

步骤2中，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为50～80℃。

步骤3中，锡液为SnPb合金，锡液的加热温度为230～400℃，拉伸速率为10～80m/min。

步骤3中所采用模具为矩形14度角模具。

步骤3中锡液为SnPb合金，锡液的加热温度为230～400℃，拉伸速率为10～80m/min。

步骤3中冷却方法为水冷。

制得的高铜比NbTi/Cu超导线材的RRR值范围为150～230，RRR值通过低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线在锡液中的长度进行控制，所述低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为100～500mm。

本发明一种镶嵌焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法的有益效果是，通过镶嵌焊接方法将低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线在锡液中进行镶焊，从而制备铜比大于7:1的NbTi/Cu超导线材，加工过程能够减少铜的加工成本，进而有效降低高铜比NbTi/Cu超导线材的成本，适合高铜比NbTi/Cu超导线材的大规模批量化生产。

附图说明

图1是本发明中低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线的横截面金相图；

图2是本发明中U型铜槽线的横截面金相图；

图3是本发明制得的高铜比NbTi/Cu超导线材的横截面金相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种镶嵌焊接法制备高铜比NbTi/Cu超导线材的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，选取低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，如图1所示，并加工槽宽和槽深与超导圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，如图2所示；

步骤2，将选取的NbTi/Cu多芯超导圆线和加工的U型铜槽线在清洗液中进行超声在线清洗，并采用压缩空气吹干；

清洗液由金属清洗剂和纯净水混合而成，其中金属清洗剂的质量分数为10～25％；金属清洗剂按照质量百分比由以下原料组成：氢氧化钠15％，偏硅酸钠40％，碳酸氢钠34％，表面活性剂5％，余量为三聚磷酸钠，以上原料质量百分比之和为100％。其中表面活性剂类型为烷基磺酸钠阴离子型活性剂。

清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为50～80℃。

步骤3，将步骤2清洁后的NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线通过矩形14度角模具镶嵌到一起，然后浸入锡液进行焊接，通过刮锡模刮掉多余的锡，水冷冷却至室温后，即制得铜比不小于7：1的NbTi/Cu超导线材，如图3所示。

其中锡液为SnPb合金，锡液的加热温度为230～400℃，拉伸速率为10～80m/min。

制得的高铜比NbTi/Cu超导线材的RRR值范围为150～230，RRR值通过NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线在锡液中的长度进行控制，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为100～500mm。

本发明通过镶嵌焊接方法将低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线在锡液中进行镶焊，从而制备铜比大于7:1的NbTi/Cu超导线材，加工过程能够减少铜的加工成本，进而有效降低高铜比NbTi/Cu超导线材的成本，适合高铜比NbTi/Cu超导线材的大规模批量化生产。

实施例1

选取铜比为1.35，芯数为54芯的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，圆线的尺寸为0.72mm，加工槽尺寸与超导圆线尺寸相匹配的铜槽线。将铜槽线和NbTi/Cu多芯超导圆线在质量分数为10％的清洗液中在线超声清洗，并用压缩空气吹干，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为50℃，清洗液中清洗剂按质量百分比由以下原料组成：氢氧化钠15％，偏硅酸钠40％，碳酸氢钠34％，表面活性剂5％，余量为三聚磷酸钠，以上原料质量百分比之和为100％；超声清洗后的线材进行在线镶嵌焊接，所用焊料为Sn60Pb，锡液温度为230℃，拉伸速度为80m/min，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为500mm，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm；经过水冷冷却和吹干，得到铜超比为10的超导线材，RRR值为180。

实施例2

选取铜比为1.35，芯数为54芯的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，圆线的尺寸为0.78mm，加工槽尺寸与超导圆线尺寸相匹配的铜槽线。将铜槽线和NbTi/Cu多芯超导圆线在质量分数为12％的清洗液中在线超声清洗，并用压缩空气吹干，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为60℃；超声清洗后的线材进行在线镶嵌焊接，所用焊料为Sn60Pb，锡液温度为370℃，拉伸速度为40m/min，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为200mm，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm；经过水冷冷却和吹干，得到铜超比为9的超导线材，RRR值为150。

实施例3

选取铜比为1.35，芯数为54芯的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，圆线的尺寸为0.72mm，加工槽尺寸与超导圆线尺寸相匹配的铜槽线。将铜槽线和NbTi/Cu多芯超导圆线在质量分数为15％的清洗液中在线超声清洗，并用压缩空气吹干，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为70℃；超声清洗后的线材进行在线镶嵌焊接，所用焊料为Sn60Pb，锡液温度为400℃，拉伸速度为10m/min，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为100mm，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm；经过冷却和吹干，得到铜超比为8的超导线材，RRR值为230。

实施例4

选取铜比为1.0，芯数为55芯的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，圆线的尺寸为0.68mm，加工槽尺寸与超导圆线尺寸相匹配的铜槽线。将铜槽线和NbTi/Cu多芯超导圆线在质量分数为17％的清洗液中在线超声清洗，并用压缩空气吹干，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为80℃；超声清洗后的线材进行在线镶嵌焊接，所用焊料为Sn60Pb，锡液温度为250℃，拉伸速度为20m/min，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为150mm，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm；经过冷却和吹干，得到铜超比为13的超导线材，RRR值为180。

实施例5

选取铜比为1.0，芯数为55芯的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，圆线的尺寸为0.70mm，加工槽尺寸与超导圆线尺寸相匹配的铜槽线。将铜槽线和NbTi/Cu多芯超导圆线在质量分数为20％的清洗液中在线超声清洗，并用压缩空气吹干，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为55℃；超声清洗后的线材进行在线镶嵌焊接，所用焊料为Sn60Pb，锡液温度为300℃，拉伸速度为40m/min，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为250mm，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm；经过冷却和吹干，得到铜超比为8的超导线材，RRR值为180。

实施例6

选取铜比为1.0，芯数为55芯的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，圆线的尺寸为0.64mm，加工槽尺寸与超导圆线尺寸相匹配的铜槽线。将铜槽线和NbTi/Cu多芯超导圆线在质量分数为22％的清洗液中在线超声清洗，并用压缩空气吹干，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为65℃；超声清洗后的线材进行在线镶嵌焊接，所用焊料为Sn60Pb，锡液温度为320℃，拉伸速度为50m/min，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为300mm，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm；经过冷却和吹干，得到铜超比为15的超导线材，RRR值为180。

实施例7

选取铜比为1.0，芯数为55芯的低铜比NbTi/Cu多芯超导圆线，圆线的尺寸为0.64mm，加工槽尺寸与超导圆线尺寸相匹配的铜槽线。将铜槽线和NbTi/Cu多芯超导圆线在质量分数为25％的清洗液中在线超声清洗，并用压缩空气吹干，清洗时间为3s～12s，超声波功率密度大于0.3W/cm²，清洗温度为75℃；超声清洗后的线材进行在线镶嵌焊接，所用焊料为Sn60Pb，锡液温度为370℃，拉伸速度为60m/min，NbTi/Cu多芯超导圆线和U型铜槽线浸入锡液的长度为400mm，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm；经过冷却和吹干，得到铜超比为15的超导线材，RRR值为180。