专利名称：一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法
技术领域：
本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种CU-Nb复合材料的短流程制备方法。
背景技术：
兼顾高强度、高电导的铜基复合材料被应用于非破坏性脉冲强磁场领域。磁体在 60T以上的高场条件运行，要求磁体绕制材料具有高电导以减少焦耳热效应，同时需要导体材料具有高强度来承受磁体线圈受到的巨大洛仑兹力。以Cu-Nb为代表的铜复合材料在各类导体材料中具有较高的导电率和抗拉强度，被磁体专家一致认为是最有可能实现100T 脉冲强磁场的导体材料。目前，Cu-Nb复合材料的制备技术主要是采用原位法和集束拉拔法。原位法制备过程主要是通过感应熔炼和自耗电弧熔炼工艺制备Cu-Nb合金铸锭，然后将合金锭经过热挤压，冷轧或者冷拉拔等加工，从而获得Cu-Nb微观复合线材，其中Nb在复合材料中以细小弥散枝晶形式存在，起到非连续强化增强作用。此制备技术由于在合金铸造过程中可能引起铸锭中Nb分布的不均勻性，可能造成铜基体污染，复合材料中非连续Nb晶须还可能形成造成材料中非连续性的导电路径，影响材料导电性。集束拉拔方法是目前国际上的主流制备方法，通过多次的集束包套组装、热挤压和拉拔工艺过程实现Nb芯的细化，获得Nb连续芯丝增强复合材料，具有优异的材料强度和导电性。然而，该方法制备周期长、成本较高，不利于工业化生产。
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的不足，提供一种工艺简单， 制备周期短的Cu-Nb复合材料的短流程制备方法。本发明的方法能使Cu-Nb复合材料中的 Nb纤维保持连续、均勻，制备的复合材料具有高强度、导电性好、性能稳定和实用性强的特点，能够满足脉冲磁体需要。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将Cu/Nb单芯线进行拉拔加工，配以中间退火，拉拔至组装尺寸后矫直，然后将矫直后的Cu/Nb单芯线按定尺裁剪；(2)将无氧铜管和步骤(1)中定尺裁剪后的Cu/Nb单芯线在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；然后将61 85根烘干后的Cu/Nb单芯线组装入烘干后的无氧铜管中，得到 Cu-Nb 一次复合棒；(3)将步骤O)中所述Cu-Nb —次复合棒进行拉拔加工，配以中间退火，拉拔至组装尺寸后矫直，对矫直后的Cu-Nb —次复合棒按定尺裁剪，得到Cu-Nb复合线；然后将 Cu-Nb复合线和另一无氧铜管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；再将61 85根烘干后的 Cu/Nb复合线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 二次复合棒；
(4)将步骤(3)中所述Cu-Nb 二次复合棒按步骤(3)的方法反复加工两次后进行拉拔加工，配以中间退火，拉拔至最终尺寸，得到四次复合的Cu-Nb复合材料。上述步骤(2)和步骤(3)中所述无氧铜管的外径均为25mm 45mm，壁厚均为 2mm 3mm，长度均为 800mm 1000mm。上述步骤(1)和步骤(3)中所述组装尺寸均为1. 6mm 3. 8mm。上述步骤(1)、步骤(3)和步骤中所述拉拔的道次加工率均为10% 20%。上述步骤(1)、步骤C3)和步骤中所述中间退火是在拉拔总加工率为75% 97%时进行退火，所述中间退火的制度为在温度为500°C 700°C的条件下保温Ih 3h。上述步骤( 和步骤(3)中所述稀硝酸的体积百分数均为20% 35%。上述步骤(4)中所述Cu-Nb复合材料中Nb的体积百分含量为10 % 20 %。上述步骤中所述Cu-Nb复合材料的截面直径为0. 8mm 3mm。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明工艺简单，制备流程短。2、本发明避免了 Cu-Nb合金铸造过程可能带来的负面影响(如熔炼杂质，相分布不均勻等)，降低了热挤压、包套组装带来的高额成本和长加工周期。3、采用本发明的方法能使Cu-Nb复合材料中的Nb纤维保持连续、均勻，制备的复合材料具有高强度(强度为750MPa 800MPa)、导电性好(导电率为65 % IACS 73 % IACS)、性能稳定和实用性强的特点，能够满足脉冲磁体需要，可应用于脉冲磁场领域。下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施例方式实施例1(1)将直径为Φ 30. Omm的Cu/Nb单芯线进行拉拔加工，道次加工率为20%，拉拔至直径为Φ8. Omm(拉拔总加工率为93% )时进行中间退火，退火制度为500°C保温lh，然后继续拉拔至直径为Φ2. 0mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu/Nb单芯线进行矫直，然后再将矫直后的Cu/Nb单芯线按定尺裁剪；(2)将0 32mmX2mmX 1000mm的无氧铜管和61根步骤(1)中定尺裁剪后的Cu/Nb 单芯线在体积百分数为20%的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；然后将61根烘干后的Cu/ Nb单芯线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb —次复合棒；(3)将步骤O)中所述Cu-Nb—次复合棒进行拉拔加工，道次加工率为20%，拉拔至直径为Φ8. Omm(拉拔总加工率为94% )时进行中间退火，退火制度为500°C保温lh， 继续拉拔至直径为Φ 2. 0mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu-Nb —次复合棒进行矫直，对矫直后的Cu-Nb —次复合棒按定尺裁剪，得到Cu-Nb复合线；然后将Cu-Nb复合线和另一 0 32mmX2mmX1000mm的无氧铜管在体积百分数为20 %的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；再将61根烘干后的Cu-Nb复合线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 二次复合棒；(4)将步骤(3)中所述Cu-Nb 二次复合棒按步骤(3)的方法反复加工两次后进行拉拔加工，道次加工率为20%，拉拔至直径为Φ8. Omm (拉拔总加工率为94% )时进行中间退火，退火制度为700°C保温lh，然后继续拉拔至截面直径为Φ2. 0mm，得到四次复合的 Cu-Nb复合材料。
本实施例制备的Cu-Nb复合材料中Nb的体积百分含量为10% 20%，Nb纤维保持连续、均勻，该复合材料性能稳定、实用性强，材料的强度为750MI^ SOOMPa，导电率为 65% IACS 73% IACS，能够满足脉冲磁体需要，可应用于脉冲磁场领域。实施例2(1)将直径为Φ40. Omm的Cu/Nb单芯线进行拉拔加工，道次加工率为15%，拉拔至直径为Φ20. Omm(拉拔总加工率为75%)时进行中间退火，退火制度为600°C保温池，然后继续拉拔至直径为Φ2. 0mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu/Nb单芯线进行矫直，然后再将矫直后的Cu/Nb单芯线按定尺裁剪；(2)将0 40mmX3mmX 1000mm的无氧铜管和85根步骤(1)中定尺裁剪后的Cu/Nb 单芯线在体积百分数为35%的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；然后将85根烘干后的Cu/ Nb单芯线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb —次复合棒；(3)将步骤⑵中所述Cu-Nb —次复合棒进行拉拔加工，道次加工率为15%，拉拔至直径为Φ20. Omm(拉拔总加工率为75% )时进行中间退火，退火制度为600°C保温池， 继续拉拔至直径为Φ2. 0mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu-Nb —次复合棒进行矫直，对矫直后的Cu-Nb —次复合棒按定尺裁剪，得到Cu-Nb复合线；然后将85根Cu-Nb复合线和另一 Φ40mmX 3mmX IOOOmm的无氧铜管在体积百分数为35%的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；再将85根烘干后的Cu-Nb复合线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 二次复合棒；(4)将步骤(3)中所述Cu-Nb 二次复合棒按步骤(3)的方法反复加工两次后进行拉拔加工，道次加工率为15%，拉拔至直径为Φ 20. Omm(拉拔总加工率为75% )时进行中间退火，退火制度为600°C保温池，然后继续拉拔至截面直径为Φ3. 0mm，得到四次复合的 Cu-Nb复合材料。本实施例制备的Cu-Nb复合材料中Nb的体积百分含量为10% 20%，Nb纤维保持连续、均勻，该复合材料性能稳定、实用性强，材料的强度为750MI^ SOOMPa，导电率为 65% IACS 73% IACS，能够满足脉冲磁体需要，可应用于脉冲磁场领域。实施例3(1)将直径为Φ 25. Omm的Cu/Nb单芯线进行拉拔加工，道次加工率为10%，拉拔至直径为Φ6. Omm(拉拔总加工率为94%)时进行中间退火，退火制度为500°C保温池，然后继续拉拔至直径为Φ1. 6mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu/Nb单芯线进行矫直，然后再将矫直后的Cu/Nb单芯线按定尺裁剪；(2)将0 25mmX2mmX800mm的无氧铜管和61根步骤(1)中定尺裁剪后的Cu/Nb 单芯线在体积百分数为的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；然后将61根烘干后的Cu/ Nb单芯线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb —次复合棒；(3)将步骤(2)中所述Cu-Nb —次复合棒进行拉拔加工，道次加工率为10%，拉拔至直径为Φ6. Omm(拉拔总加工率为94%)时进行中间退火，退火制度为500°C保温池，继续拉拔至直径为Φ1. 6mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu-Nb —次复合棒进行矫直，对矫直后的Cu-Nb —次复合棒按定尺裁剪，得到Cu-Nb复合线；然后将61根Cu-Nb复合线和另一 0 25mmX2mmX800mm的无氧铜管在体积百分数为的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干； 再将61根烘干后的Cu-Nb复合线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 二次复合棒；(4)将步骤(3)中所述Cu-Nb 二次复合棒按步骤(3)的方法反复加工两次后进行拉拔加工，道次加工率为10%，拉拔至直径为Φ6. Omm(拉拔总加工率为94%)时进行中间退火，退火制度为500°C保温池，然后继续拉拔至截面直径为Φ0. 8mm，得到四次复合的 Cu-Nb复合材料。本实施例制备的Cu-Nb复合材料中Nb的体积百分含量为10% 20%，Nb纤维保持连续、均勻，该复合材料性能稳定、实用性强，材料的强度为750MI^ SOOMPa，导电率为 65% IACS 73% IACS，能够满足脉冲磁体需要，可应用于脉冲磁场领域。实施例4(1)将直径为Φ40. Omm的Cu/Nb单芯线进行拉拔加工，道次加工率为20%，拉拔至直径为Φ20. Omm(拉拔总加工率为75%)时进行中间退火，退火制度为700°C保温lh，然后继续拉拔至直径为Φ3. 8mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu/Nb单芯线进行矫直，然后再将矫直后的Cu/Nb单芯线按定尺裁剪；(2)将0 40mmX2mmX 1000mm的无氧铜管和85根步骤(1)中定尺裁剪后的Cu/Nb 单芯线在体积百分数为30%的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；然后将85根烘干后的Cu/ Nb单芯线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb —次复合棒；(3)将步骤O)中所述Cu-Nb—次复合棒进行拉拔加工，道次加工率为20%，拉拔至直径为Φ20. Omm(拉拔总加工率为75%)时进行中间退火，退火制度为700°C保温 lh，继续拉拔至直径为Φ3. 8mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu-Nb —次复合棒进行矫直， 对矫直后的Cu-Nb —次复合棒按定尺裁剪，得到Cu-Nb复合线；然后将Cu-Nb复合线和另一 0 40mmX2mmX1000mm的无氧铜管在体积百分数为30%的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；再将85根烘干后的Cu-Nb复合线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 二次复合棒；(4)将步骤(3)中所述Cu-Nb 二次复合棒按步骤(3)的方法反复加工两次后进行拉拔加工，道次加工率为20%，拉拔至直径为Φ20. Omm(拉拔总加工率为75% )时进行中间退火，退火制度为700°C保温lh，然后继续拉拔至截面直径为Φ2. 5mm，得到四次复合的 Cu-Nb复合材料。本实施例制备的Cu-Nb复合材料中Nb的体积百分含量为10% 20%，Nb纤维保持连续、均勻，该复合材料性能稳定、实用性强，材料的强度为750MI^ SOOMPa，导电率为 65% IACS 73% IACS，能够满足脉冲磁体需要，可应用于脉冲磁场领域。实施例5(1)将直径为Φ 30. Omm的Cu/Nb单芯线进行拉拔加工，道次加工率为15%，拉拔至直径为Φ8. Omm(拉拔总加工率为93% )时进行中间退火，退火制度为600°C保温lh，然后继续拉拔至直径为Φ2. 5mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu/Nb单芯线进行矫直，然后再将矫直后的Cu/Nb单芯线按定尺裁剪；(2)将0 45mmX3mmX 1000mm的无氧铜管和73根步骤(1)中定尺裁剪后的Cu/Nb 单芯线在体积百分数为35%的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；然后将73根烘干后的Cu/ Nb单芯线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb —次复合棒；(3)将步骤O)中所述Cu-Nb—次复合棒进行拉拔加工，道次加工率为15%，拉拔至直径为Φ8. Omm(拉拔总加工率为97% )时进行中间退火，退火制度为600°C保温lh， 继续拉拔至直径为Φ 2. 5mm，在线材矫直机上对拉拔后的Cu-Nb —次复合棒进行矫直，对矫直后的Cu-Nb —次复合棒按定尺裁剪，得到Cu-Nb复合线；然后将Cu-Nb复合线和另一Φ45mmX 3mmX IOOOmm的无氧铜管在体积百分数为35 %的稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；再将73根烘干后的Cu-Nb复合线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 二次复合棒；
(4)将步骤(3)中所述Cu-Nb 二次复合棒按步骤(3)的方法反复加工两次后进行拉拔加工，道次加工率为15%，拉拔至直径为Φ8. Omm (拉拔总加工率为97% )时进行中间退火，退火制度为600°C保温lh，然后继续拉拔至截面直径为Φ2. 0mm，得到四次复合的 Cu-Nb复合材料。 本实施例制备的Cu-Nb复合材料中Nb的体积百分含量为10% 20%，Nb纤维保持连续、均勻，该复合材料性能稳定、实用性强，材料的强度为750MI^ SOOMPa，导电率为 65% IACS 73% IACS，能够满足脉冲磁体需要，可应用于脉冲磁场领域。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据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
1.一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将Cu/Nb单芯线进行拉拔加工，配以中间退火，拉拔至组装尺寸后矫直，然后将矫直后的Cu/Nb单芯线按定尺裁剪；(2)将无氧铜管和步骤(1)中定尺裁剪后的Cu/Nb单芯线在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；然后将61 85根烘干后的Cu/Nb单芯线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 一次复合棒；(3)将步骤O)中所述Cu-Nb—次复合棒进行拉拔加工，配以中间退火，拉拔至组装尺寸后矫直，对矫直后的Cu-Nb —次复合棒按定尺裁剪，得到Cu-Nb复合线；然后将Cu-Nb复合线和另一无氧铜管在稀硝酸中酸洗，脱水后分别烘干；再将61 85根烘干后的Cu/Nb复合线组装入烘干后的无氧铜管中，得到Cu-Nb 二次复合棒；(4)将步骤(3)中所述Cu-Nb二次复合棒按步骤(3)的方法反复加工两次后进行拉拔加工，配以中间退火，拉拔至最终尺寸，得到四次复合的Cu-Nb复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，步骤 (2)和步骤(3)中所述无氧铜管的外径均为25mm 45mm，壁厚均为2mm 3mm，长度均为 800mm 1000mm。
3.根据权利要求1所述的一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，步骤 (1)和步骤(3)中所述组装尺寸均为1. 6mm 3. 8mm。
4.根据权利要求1所述的一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，步骤 (1)、步骤C3)和步骤中所述拉拔的道次加工率均为10% 20%。
5.根据权利要求1所述的一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，步骤(1)、步骤⑶和步骤⑷中所述中间退火是在拉拔总加工率为75% 97%时进行退火，所述中间退火的制度为在温度为500°C 700°C的条件下保温Ih 池。
6.根据权利要求1所述的一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中所述稀硝酸的体积百分数均为20% 35%。
7.根据权利要求1所述的一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，步骤 (4)中所述Cu-Nb复合材料中Nb的体积百分含量为10% 20%。
8.根据权利要求1所述的一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，其特征在于，步骤 (4)中所述Cu-Nb复合材料的截面直径为0. 8mm 3mm。
全文摘要
本发明公开了一种Cu-Nb复合材料的短流程制备方法，首先将Cu/Nb单芯线拉拔后矫直、定尺裁剪，然后将无氧铜管和Cu/Nb单芯线酸洗、脱水、烘干，再将Cu/Nb单芯线组装入无氧铜管中，得到一次复合棒，对一次复合棒进行拉拔、矫直、定尺裁剪得到复合线，将复合线和另一无氧铜管酸洗、脱水、烘干，将复合线组装入无氧铜管中，得到二次复合棒，按照一次复合棒的加工方法对二次复合棒反复加工两次后拉拔至最终尺寸，得到Cu-Nb复合材料。本发明工艺简单，制备周期短，制备的Cu-Nb复合材料具有高强度、导电性好、性能稳定和实用性强的特点，能够满足脉冲磁体需要，可应用于脉冲磁场领域。
文档编号C22C9/00GK102168201SQ201110080239
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者卢亚锋, 李成山, 梁明, 段颖 申请人:西北有色金属研究院