一种无磁性、高强度的织构Cu基三元合金基带的制备方法

摘要

本发明公开了一种无磁性、高强度的织构铜Cu基三元合金基带的制备方法，将铜Cu块及镍Ni块采用真空感应熔炼，获得CuNi二元合金铸锭，其中铜Cu的原子百分比为54%～60%，然后将Cu-Ni铸锭与矾V块置于电磁感应真空熔炼炉中熔炼获得Cu-Ni-V三元合金铸锭，矾V的原子百分含量为4%～9%；随后在850～950℃保温1～2h后热锻及热轧成坯锭，对热轧后的坯锭进行冷轧处理；最后将冷轧基带在Ar/H

说明书

技术领域

本发明涉及一种无磁性、高强度的强立方织构Cu基三元合金基带的制备方 法，属于高温涂层导体织构金属基带制备技术领域。

背景技术

第二代钇系高温涂层超导带材由于比第一代铋系超导材料具有更优越的性 能，因而有望在超导变压器、超导电机、超导限流器等领域实现规模化应用。 在第二代高温涂层超导体的制备中，RABiTS技术即压延辅助双轴织构基带制备 技术是一种常用的基带制备技术。作为涂层超导用的织构金属基带需要有强的 立方织构来外延生长过渡层和超导层，而在超导带材连续沉积的过程中需要金 属基带能够承受一定的应力，同时在涂层导体应用方面需要织构金属基带具有 高的机械强度，因此为了满足涂层导体生产的需求并拓宽其应用范围需要金属 基带具有强立方织构及更高的机械强度。尽管Ni-5at.%W合金基带已经商业化 生产，但是由于其居里温度为330K，在液氮温区具有铁磁性，在输运交流电时 会造成磁滞损耗，中国专利CN1408889A（公开日2003.4.9）公开了在Cu中加 入重量百分含量小于40%的Ni元素，制备出无磁性的铜镍合金基带，但是由于 无磁性二元CuNi合金基带的机械强度较低，不能满足涂层超导进一步广泛的应 用；另外，中国专利CN101786352A（公开日2010.07.28）公开了一种层状的无 磁性Cu基合金复合基带，该复合基带的机械强度与单层基带相比有明显的提高， 但是其制备工艺复杂，成本较高，效率低，为了提高生产效率、节省成本，为 产业化生产第二代涂层超导体用高性能织构金属基带奠定良好的基础，本发明 的无磁性、高强度、强立方织构的Cu基三元合金基带具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种无磁性、高强度的立方织构铜Cu基合金基带的制 备方法。本发明通过在利用熔炼方法制备的CuNi合金铸锭中再加入一定含量的 矾V元素制备得到无磁性三元合金基带，提高基带的机械强度。

本发明所提供的一种无磁性、高强度、强立方织构的铜Cu基三元合金基带 的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备初始坯锭：

将纯度均为99.9%以上的铜Cu块及镍Ni块，按照铜Cu的原子百分含量在 54%～60%之间进行配比，将配比后的混合材料置于电磁感应真空熔炼炉中熔炼， 获得Cu-Ni二元合金铸锭，然后将Cu-Ni二元合金铸锭与纯度为99.95%以上的 矾V块置于电磁感应真空熔炼炉中熔炼获得Cu-Ni-V三元合金铸锭，矾V的原 子百分含量为4%～9%；随后将得到的Cu-Ni-V三元合金铸锭在850～950℃保温 1～2h，然后进行热锻，热锻最后一道次之后将Cu-Ni-V三元合金铸锭放回热处 理炉中保温30～60min，最后进行热轧处理，道次变形量为3%～10%，总变形量 为30%～50%，得到初始坯锭；

步骤2：对初始坯锭进行冷轧：

对前述步骤1热轧后的初始坯锭进行道次变形量为10～15%、总变形量为 99%的冷轧处理，获得厚度为50～60μm的合金基带；

步骤3：对前述冷轧后的合金基带进行再结晶退火：

将前述冷轧后的合金基带在Ar/H₂的混合气体保护下进行再结晶热处理， 其中氢气H₂体积含量为4～5%，以10～15℃/min的升温速率升温至1000～1050℃ 使合金基带保温30～60min，最终得到具有双轴的织构铜Cu基三元合金基带。

本发明的核心技术是：将一次熔炼得到的Cu-Ni二元合金铸锭和一定量的 矾V块再采用真空感应熔炼得到Cu-Ni-V三元合金铸锭。得到的Cu-Ni-V三元 合金基带与传统的Cu-Ni二元合金基带相比提高了基带的机械强度，在Cu-Ni-V 三元合金铸锭的制备过程中Cu-Ni合金铸锭采用了两次熔炼方法，可以使铸锭 中的三种合金元素固溶均匀，更容易得到强立方织构，能满足高性能金属基带 的要求。

附图说明

图1是实施例1中所得织构Cu基三元合金基带的（001）面和（111）面极 图。

图2是实施例2中所得织构Cu基三元合金基带的（001）面和（111）面极 图。

图3是实施例3中所得织构Cu基三元合金基带的（001）面和（111）面极 图。

具体实施方式

实施例1

将纯度均为99.99%的铜Cu块及镍Ni块，按照铜镍原子百分比为55:45进 行配比，将配比后的两种原材料置于电磁感应真空熔炼炉中熔炼，获得Cu-Ni 二元合金铸锭，然后将Cu-Ni二元合金铸锭与纯度为99.95%的矾V块置于电磁 感应真空熔炼炉中熔炼获得Cu-Ni-V三元合金铸锭，矾V的原子百分含量为4%； 随后将得到的Cu-Ni-V三元合金铸锭在900℃保温1h后进行热锻，热锻完成的 最后一道次之后放回热处理炉中保温30min，然后进行热轧处理，道次变形量为 4%，总变形量为40%；将热轧后的坯锭进行道次变形量为10%、总变形量为99% 的冷轧处理，获得厚度为50～60μm的合金基带；最后将冷轧基带在Ar/H₂混合 气体保护下进行再结晶热处理，其中H₂体积含量为5%，以10℃/min的升温速 率升温至1000℃保温40min，最终得到无磁性、高强度、强立方织构Cu基三元 合金基带，该合金基带的屈服强度为240MPa，是商业化Ni5W合金基带的1.4 倍。该合金基带的（001）面极图如图1所示。

实施例2

将纯度均为99.99%的铜Cu块及镍Ni块，按照铜镍原子百分比为57:43进 行配比，将两种原材料置于电磁感应真空熔炼炉中熔炼，获得Cu-Ni二元合金 铸锭，然后将Cu-Ni铸锭与纯度为99.95%的矾V块置于电磁感应真空熔炼炉中 熔炼获得Cu-Ni-V三元合金铸锭，矾V的原子百分含量为7%；随后将得到的 Cu-Ni-V三元合金铸锭在900℃保温1h后进行热锻，热锻完成的最后一道次之 后放回热处理炉中保温30min，然后进行热轧处理，道次变形量为7%，总变形 量为45%；将热轧后的坯锭进行道次变形量为12%、总变形量为99%的冷轧处 理，获得厚度为50μm的合金基带；最后将冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护下进 行再结晶热处理，其中H₂体积含量为5%，以12℃/min的升温速率升温至1020℃ 保温40min，最终得到无磁性、高强度、强立方织构的Cu基三元合金基带，该 合金基带的屈服强度为260MPa，是商业化Ni5W合金基带的1.5倍。该织构Cu 基三元合金基带的（001）面极图如图2所示。

实施例3

将纯度均为99.99%的铜Cu块及镍Ni块，按照铜镍原子百分比为60:40进 行配比，将两种原材料置于电磁感应真空熔炼炉中熔炼，获得Cu-Ni二元合金 铸锭，然后将Cu-Ni铸锭与纯度为99.95%的V块置于电磁感应真空熔炼炉中熔 炼获得Cu-Ni-V三元合金铸锭，矾V的原子百分含量为8%；随后将得到的三元 合金铸锭在900℃保温1h后进行热锻，热锻完成的最后一道次之后放回热处理 炉中保温30min，然后进行热轧处理，道次变形量为10%，总变形量为50%； 将热轧后的坯锭进行道次变形量为15%、总变形量为99%的冷轧处理，获得厚 度为60μm的合金基带；最后将冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护下进行再结晶热 处理，其中H₂体积含量为5%，以15℃/min的升温速率升温至1040℃保温40min， 最终得到无磁性、高强度、强立方的织构Cu基三元合金基带，该合金基带的屈 服强度为270MPa，是商业化Ni5W合金基带的1.6倍。该合金基带的（001）面 极图如图3所示。