本发明属于超导材料制备方法技术领域，具体涉及一种电塑性加工制备Nb3Al超导线材前驱体的方法。
背景技术：
实用化低温超导材料通常加工成具有多芯结构的复合型线材，其制备过程中涉及到大量的拉拔和挤压工序，这种制备工艺会导致线材的加工硬化，需要进行多次去应力退火以提高线材的塑性。在Nb3Al超导材料的不同制备方法中，均涉及到线材的拉拔和挤压，由于Nb和Al两种材料熔点相差太大，无法对二者进行有效的去应力退火，选择较高温度进行去应力退火时，Nb和Al将发生反应，生成NbAl3和Nb2Al非超导杂相，而选择较低温度退火时则由于达不到Nb的去应力温度而无法对其实现去应力效果，进而导致拉拔过程中Nb硬化发生断线，降低了线材成品率，严重制约了Nb3Al超导线材的规模化应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电塑性加工制备Nb3Al超导线材前驱体的方法，解决了制备Nb3Al超导线材时由于Nb和Al的熔点相差太大无法进行有效的去应力退火进而导致线材在拉拔过程中发生断线的问题。本发明所采用的技术方案是：电塑性加工制备Nb3Al超导线材前驱体的方法，首先使用Al棒、Nb管、和Cu管进行组装得到Cu/Nb/Al复合棒材；将Cu/Nb/Al复合棒材通过电塑性拉拔装置进行电塑性拉拔加工获得亚组元；将所得亚组元进行组装和挤压后，再次通过电塑性拉拔装置进行拉拔加工，获得多芯Nb3Al超导线材前驱体。本发明的特点还在于，具体包括以下步骤：步骤1：将Al棒插入Nb管中，获得Nb/Al复合棒，再将该Nb/Al复合棒插入Cu管内获得Cu/Nb/Al复合棒材；步骤2：调节脉冲电源参数，将步骤1中获得的Cu/Nb/Al复合棒材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次电塑性拉拔，腐蚀掉外层Cu后轧制成六方形亚组元；步骤3：将步骤2获得的六方形亚组元进行矫直、切割，按六角密排方式在另一Cu管内进行组装，两端用Cu盖封盖后进行挤压，并将挤压后的线材再通过电塑性拉拔装置进行多道次电塑性拉拔，将拉拔后的线材腐蚀掉外层Cu后再次轧制成六方形亚组元，按照上述方法再次进行矫直、切割、组装、挤压、多道次电塑性拉拔，最终获得所需芯数和直径的Nb3Al超导线材前驱体。步骤1中Al棒、Nb管和Cu管的长度相等均为500mm-1000mm，Al棒的直径为5-10mm，Nb管内径为5-10mm、外径为10-20mm，Cu管内径为10-20mm、外径15-25mm。步骤2中电塑性拉拔装置的脉冲电源的电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，脉冲频率为200～300Hz，加电处理区域长度为300mm。步骤2中拉拔的道次加工率为10％～15％，拉拔速度为10～20m/min，六方形亚组元的对边距为3mm～10mm。步骤3中挤压的速度为20mm/s-40mm/s，挤压比为6～10。步骤3中电塑性拉拔装置的脉冲电源的电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，脉冲频率为300～500Hz，加电处理区域长度为300mm。步骤3中拉拔的道次加工率为10％～15％，拉拔速度为10～15m/min。本发明的有益效果是：本发明电塑性加工制备Nb3Al超导线材前驱体的方法，在线材加工的同时引入高能电脉冲，可以减缓加工硬化，大幅提高材料的塑性变形能力，解决了制备Nb3Al超导线材时由于Nb和Al的熔点相差太大无法进行有效的去应力退火进而导致线材在拉拔过程中发生断线的问题，同时有效缩短了生产周期，降低了生产成本。附图说明图1是本发明制备过程使用的电塑性拉拔装置的结构示意图。图中，1.放线轮，2.收线轮，3.脉冲电源，4.拔丝模，5.电极压片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明电塑性加工制备Nb3Al超导线材前驱体的方法，具体包括以下步骤：步骤1：准备长度相等均为500mm-1000mm、直径相适应的Al棒、Nb管和Cu管，Al棒的直径为5-10mm，Nb管内径为5-10mm、外径为10-20mm，Cu管内径为10-20mm、外径15-25mm，将Al棒插入Nb管中，获得Nb/Al复合棒，再将该Nb/Al复合棒插入Cu管内，获得Cu/Nb/Al复合棒材；步骤2：调节脉冲电源参数，将步骤1中获得的Cu/Nb/Al复合棒材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次电塑性拉拔，电塑性拉拔装置的脉冲电源的电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，脉冲频率为200～300Hz，加电处理区域长度为300mm，拉拔的道次加工率为10％～15％，拉拔速度为10～20m/min，使用硝酸腐蚀掉外层Cu后轧制成对边距为3mm～10mm的六方形亚组元；如图1所示，电塑性拉拔装置包括水平平行设置的放线轮1和收线轮2，所述放线轮1和收线轮2之间设置有拔丝模4，线材由放线轮1放线经过拔丝模4后缠绕在收线轮2上，在线材经过拔丝模2的两端由脉冲电源3两端连接的电极压片5对线材施加脉冲电流，脉冲电源3两端的电极压片5之间的距离为加电处理区域长度；步骤3：将步骤2获得的六方形亚组元进行矫直后根据需要等长度进行切割，将切割得到的多段六方形亚组元按六角密排方式在另一Cu管内进行组装，两端用Cu盖封盖后进行挤压，挤压速度为20mm/s-40mm/s，挤压比为6-10，将挤压后的线材再通过电塑性拉拔装置进行多道次电塑性拉拔，电塑性拉拔装置的脉冲电源的电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，脉冲频率为300～500Hz，加电处理区域长度为300mm，道次加工率为10％～15％，拉拔速度为10～15m/min，将拉拔后的线材腐蚀掉外层Cu后再次轧制成六方形亚组元，按照上述方法再次进行矫直、切割、组装、挤压、多道次电塑性拉拔，最终获得所需芯数和直径的Nb3Al超导线材前驱体。电塑性加工的原理是对材料施加适当的电脉冲刺激时，材料内部的金属微粒获得能量，振动能力增强，从而改变位错的激活能，打开位错间的缠结，使其容易克服滑移面上的障碍，降低材料变形过程中的摩擦阻力，提高材料的塑性。在Nb3Al超导线材前驱体的制备过程中引入电塑性，可以明显提高材料的塑性，降低材料加工过程中的断线率。本发明电塑性加工制备Nb3Al超导线材前驱体的方法，本发明具有如下有益效果：(1)本发明通过电塑性拉拔，即在线材拉拔过程中施加脉冲电流，可以降低材料的变形抗力，大幅提高材料的塑性变形极限，解决了由于材料熔点差异大无法去应力退火而导致线材拉拔过程中的断线问题；(2)电脉冲的应用可以有效降低拉拔过程中的内摩擦力和外摩擦力，从而降低了拉拔力，起到降低能耗的作用；(3)有效缩短生产周期，降低生产成本。实施例1第一步，准备长度均为500mm的Al棒、Nb管和Cu管，其中Al棒的直径为8mm，Nb管内径8mm、外径16mm，Cu管内径16mm、外径21mm，将Al棒插入Nb管，获得Nb/Al复合棒，再将该Nb/Al复合棒插入Cu管内获得Cu/Nb/Al复合棒材；第二步，将上述所得复合棒材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm、拉拔速率20m/min、道次加工率10％，设定脉冲频率230Hz，按此工艺拉拔至直径10mm；然后提高脉冲频率至300Hz，按此工艺进一步拉拔至5mm，腐蚀掉外层Cu，将线材轧制成对边距为3mm的六方形亚组元；第三步，将上述所得六方形亚组元经矫直后按500mm长度进行切割，取其中169段按六角密排方式在另一Cu管内进行组装，两端用Cu盖封焊后进行挤压，挤压速度为30mm/s，挤压比为8，将挤压完的线材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm、拉拔速率15m/min、道次变形率15％，设置脉冲频率为360Hz，按此工艺拉拔至直径15mm；然后提高脉冲频率至380Hz，按此工艺进一步加工至直径5mm，腐蚀掉外层Cu，将线材轧制成对边距为3mm的六方形亚组元；第四步，将上述所得亚组元经矫直后按500mm长度进行切割，取其中169段按六角密排方式在Cu管内进行组装，两端用Cu盖封焊后进行挤压，挤压速度为20mm/s，挤压比为6，将挤压完的线材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm、拉拔速率10m/min、道次变形率10％，设置脉冲频率为400Hz，按此工艺拉拔至直径30mm；提高脉冲频率至430Hz，进一步拉拔至直径10mm；然后再提高脉冲频率至470Hz，按此工艺拉拔，最终获得直径1.0mm的Nb3Al超导线材前驱体。实施例2第一步，准备长度均为800mm的Al棒、Nb管和Cu管，其中Al棒的直径为5mm，Nb管内径5mm、外径10mm，Cu管内径10mm、外径15mm。将Al棒插入Nb管，获得Nb/Al复合棒，再将该Nb/Al复合棒插入Cu管内获得Cu/Nb/Al复合棒材；第二步，将上述所得复合体棒材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm，拉拔速率15m/min，道次变形率15％，设定脉冲频率230Hz，按此工艺拉拔至直径10mm；然后提高脉冲频率至300Hz，按此工艺拉拔至直径7mm，腐蚀掉外层Cu，将线材轧制成对边距为5mm的六方形亚组元；第三步，将上述所得亚组元经矫直后按500mm长度进行切割，取其中397段按六角密排方式在Cu管内进行组装，两端用Cu盖封焊后进行挤压，挤压速度为30mm/s，挤压比为10，将挤压完的线材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm，拉拔速率10m/min、道次变形率12％，设置脉冲频率为320Hz，按此工艺拉拔至直径80mm；提高脉冲频率至350Hz，进一步拉拔至直径30mm；然后再提高脉冲频率至400Hz，按此工艺拉拔至直径7mm，腐蚀掉外层Cu，将线材轧制成对边距为5mm的六方形亚组元；第四步，将上述所得亚组元经矫直后按500mm长度进行切割，取其中61段按六角密排方式在Cu管内进行组装，两端用Cu盖封焊后进行挤压，挤压速度为20mm/s，挤压比为8，将挤压完的线材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm、拉拔速率12m/min、道次变形率15％，设置脉冲频率为420Hz，按此工艺拉拔至直径30mm；提高脉冲频率至450Hz，进一步拉拔至直径10mm；然后再提高脉冲频率至470Hz，按此工艺拉拔，最终获得直径1.0mm的Nb3Al超导线材前驱体。实施例3第一步，准备长度均为1000mm的Al棒、Nb管和Cu管，其中Al棒的直径为10mm，Nb管内径10mm、外径20mm，Cu管内径20mm、外径25mm。将Al棒插入Nb管，获得Nb/Al复合棒，再将该Nb/Al复合棒插入Cu管内获得Cu/Nb/Al复合棒材；第二步，将上述所得复合棒材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm、拉拔速率10m/min、道次变形率12％，设置脉冲频率230Hz，按此工艺拉拔至直径12mm，腐蚀掉外层Cu，将线材轧制成对边距为10mm的六方形亚组元；第三步，将上述所得亚组元经矫直后按500mm长度进行切割，取其中169段按六角密排方式在Cu管内进行组装，两端用Cu盖封焊后进行挤压，挤压速度为40mm/s，挤压比为10，将挤压完的线材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流为1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm，拉拔速率15m/min、道次变形率15％，设定脉冲频率为300Hz，按此工艺拉拔至80mm；提高脉冲频率至380Hz，进一步拉拔至30mm；然后再提高脉冲频率至410Hz，按此工艺拉拔至直径7mm，腐蚀掉外层Cu，将线材轧制成对边距为5mm的亚组元；第四步，将上述所得亚组元经矫直后按500mm长度进行切割，取其中91段按六角密排方式在Cu管内进行组装，两端用Cu盖封焊后进行挤压，挤压速度为20mm/s，挤压比为6，将挤压完的线材通过调试好的电塑性拉拔装置进行多道次拉拔，电塑性拉拔工艺为：电压为110V，电源峰值电流为1000A，脉冲宽度为60μs，加电处理区域长度为300mm、拉拔速率10m/min、道次变形率10％，设定脉冲频率为400Hz，按此工艺拉拔至直径30mm；提高脉冲频率至420Hz，进一步拉拔至直径10mm；然后再提高脉冲频率至460Hz，按此工艺拉拔，最终获得直径1.0mm的Nb3Al超导线材前驱体。将本发明制备的Nb3Al超导线材前驱体用于制备Nb3Al超导线材，可将线材的成品率从40％提高到80％，提高了线材成品率，降低了生产成本。