专利名称：一种无/低磁性立方织构Ni-W合金基带的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无磁性(或低磁性)立方织构4臬鴒(Ni-W)合金基带 的制备方法，属于高温超导涂层导体织构金属基带技术领域。
背景技术：
第二代高温超导涂层导体自发现以来，由于其优良的性能受到了人们 广泛的关注。在实用化的研究中，将其外延生长在多晶的韧性金属基带上 是一种行之有效的思路。而制备织构的金属基带则是获得高性能涂层导体 的关键之一。
目前，应用于涂层导体织构金属基带的材料主要为纯Ni及Ni合金， 世界范围内，百米级的Ni-5at. W(Ni5W)合金金属基带已被数家公司商业化 生产。但由于Ni5W合金居里转变温度较高，在77K (涂层导体工作温区) 下应用时仍然具有铁^^性，在输送交流电的过程中会增加交流损耗，降低 了涂层导体的性能，并且Ni5W金属基带的机械强度有待进一步提高。这都 大大限制了涂层导体的实际应用。而W含量的增加会大大提高NiW合金基 带的机械强度以及降低基带的居里转变温度，当W含量为9. 3。/。at.y。时，其 居里温度降低到77K以下，使得涂层导体在其应用的温度下(77K)使用时 消除了交流损耗。但是，随着W含量的增加，合金的层错能逐渐P争低，使 立方织构的形成变得十分困难
发明内容
本发明的目的是提供一种制备高强度，无磁性(低磁性)，表面具有高
的{001}<100>立方织构，可用于后续外延生长氧化物过程层及超导层的NiW 合金基带的方法。
本发明通过采用粉末冶金法获得W元素不均匀分布的初始坯锭，经冷轧 及优化高温热处理，通过W元素由芯层向外层扩散获得表面W含量为7 ~ 9. 3at.y。的高强度，无(低)磁性和高立方织构含量的金属基带，具体包括 以下步骤
1) 在保护性气氛中，将纯度为99. 9°/ 的Ni粉和纯度为99. 9%的W粉按 照W原子占Ni原子和W原子总数的9°/ ~12%混合后，球磨2 4h，得到高W 合金粉末；在保护性气氛中，将纯度为99. 9的Ni粉和纯度为99. 9的W粉 按照W原子占Ni原子和W原子总数的5°/。~7%混合后，球磨2 4h，得到低 W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W合金粉末-高W合金 粉末-低W合金粉末的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的体积比为1: 1~3: 1,而后经放电等离子烧结制备初始坯 锭，烧结温度为800-1000°C，烧结时间3-8 min;
2) 将初始坯锭进行冷轧，道次变形量小于5%，总变形量大于99°/。，最 终获得50um~ 100um厚的冷轧基带；
3) 将冷轧基带在保护性气氛中进行分级热处理，首先在650°C~750 "C之间进行30min的低温形核热处理使立方晶核优先形成，然后升至1100 t: 120(TC之间进行30 min 60min的立方晶粒长大热处理后将温度升至 1300°C 1450"C之间进行60min 240min的溶质扩散处理，使W原子充分 扩散，得到外层W原子百分含量为7 ~ 9. 3at. °/。的Ni-W合金、高强度、无(低)磁性以及锐利立方织构的N-W i合金基带。
其中，所述的保护性气氛为Ar与H2的混合气体，混合气体中H2的体积 分数为4%。
本发明的核心技术是首先利用外层低W含量的NiW合金容易形成立方 织构的特点在热处理过程中首先形成锐利的立方织构，然后经较高温度或 较长时间的高温热处理通过溶质扩散的方法将内层高W层中的W原子扩散 至外层低W层从而使外层W含量增加，降低基带整体的磁性能，并保证外 层的立方织构含量。本发明的另一个核心技术为控制内外层合金粉末的体 积比，外层合金的厚度直接影响内层W元素的扩散效率以及后续溶质扩散 热处理的工艺。外层太厚，溶质扩散至外层需要热处理温度较高或时间较 长，对基带表面形成热腐蚀，不利于后续外延过渡层的生长；外层太薄， 在外层立方织构形核长大时期内层W原子的扩散会影响外层立方织构的形 成。因此应同时兼顾初始坯锭内外层比例以及溶质扩散热处理工艺。
本发明具有以下有益效果
与现有的采用温轧工艺制备高W含量(> 7a t. % ) Ni-W合金基带技术相 比，本发明方法制备的Ni-W合金基带具有良好的表面质量和锐利的立方织 构，可以直接外延生长过渡层和超导层。同时由于此种Ni-W合金基带具有 在液氮温区没有(低)磁性并具有很高的机械强度，可以满足进一步提高 YBCO涂层导体性能的要求；同时与温轧相比采用冷轧的轧制方式，可筒化 轧制工艺容易实现工业化。
图1、实施例1中的冷轧基带截面背散射图。图2 、实施例1中基带的(111)极图。
图3、实施例2、 3中的冷轧基带截面背散射图。 图4 、实施例2中基带的(111)极图。 图5 、实施例3中基带的(111)极图。 下面结合附图及具体实施方式
对本发明做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
1 )在保护性气氛(Ar-4%H2)中，将纯度为99. 9的Ni粉和纯度为99. 9 的W粉按照Ni原子和W原子比为95: 5和91: 9分别3求磨3h,得到高W合 金粉末和低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W -高W -低W的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末 的体积比为1: 3: 1,而后采用放电等离子烧结技术在800。C烧结5min,得 到制备初始坯锭；
2) 将初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5%,总变形量为99%，最终获 得75um厚的冷轧基带(见图1);
3) 将冷轧基带在保护性气氛(Ar-4 /。H2)中进行分级热处理，首先在 650。C保温30min,然后升温至IIO(TC保温30 min后将温度升至1450。C保 温60min，得到无/低磁性立方织构Ni-W合金基带。
在基带的外层W原子百分含量为7%，其(111)面极图见图2，立方织 构含量为99%，由于基带经过扩散处理使表层W含量从5y。提高到7%，大大 降低了基带整体的磁性能，同时保证了较高的立方织构含量。实施例2
1) 在保护性气氛(Ar-4%H2)中，将纯度为99. 9的Ni粉和纯度为99. 9 的W粉按照Ni原子和W原子比为93: 7和89: 11分别3求磨2h,得到高W 合金粉末和低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W -高W -低W的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末 的体积比为1: 1: 1,而后采用放电等离子烧结技术在80(TC烧结5min,得 到制备初始坯4走；
2) 将初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5%,总变形量为99%，最终获 得75um厚的冷轧基带(见图3);
3) 将冷轧基带在保护性气氛(Ar-4%H2)中进行分级热处理，首先在 700。C保温3Gmin,然后升温至12Q(TC保温60 min后将温度升至14G(TC保 温180min，得到无/低i兹性立方织构Ni-W合金基带。
该基带的外层W原子百分含量为8%，其(111)面极图见图4，立方织 构含量为99%，由于基带经过扩散处理使表层W含量从7n/。提高到8. 7%，大 大降低了基带整体的磁性能，同时保证了较高的立方织构含量。
实施例3
1 )在保护性气氛(Ar-4%H2)中，将纯度为99. 9的Ni粉和纯度为99. 9 的W粉按照Ni原子和W原子比为93: 7和88: 12分别J求磨4h,得到高W 合金粉末和低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W -高W -低W的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末 的体积比为1: 1: 1，而后采用放电等离子烧结技术在80(TC烧结5min，得 到制备初始坯4走；2) 将初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5%,总变形量为99%，最终获 得"um厚的冷轧基带(见图3);
3) 将冷轧基带在保护性气氛(Ar-4%H2)中进行分级热处理，首先在 700。C保温3Qmin，然后升温至12G(TC保温60 min后将温度升至14G(TC保 温180min,得到无/低磁性立方织构Ni-W合金基带。
该基带的外层W原子百分含量为9%，其(111)面极图见图5,可见在 其表面形成了锐利的立方织构，由于基带经过扩散处理使表层W含量从7% 提高到9%，使基带的居里转变温度降到了 77K以下，消除了涂层导体在输 电过程中的交流损耗，同时保证了较高的立方织构含量，有利于后续的外 延薄膜的生长。
权利要求
1、一种无/低磁性立方织构Ni-W合金基带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)在保护性气氛中，将纯度为99.9％的Ni粉和纯度为99.9％的W粉按照W原子占Ni原子和W原子总数的9％～12％混合后，球磨2～4h，得到高W合金粉末；在保护性气氛中，将纯度为99.9的Ni粉和纯度为99.9的W粉按照W原子占Ni原子和W原子总数的5％～7％混合后，球磨2～4h，得到低W合金粉末；将高W合金粉末和低W合金粉末按照低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的顺序装入模具中压制，低W合金粉末-高W合金粉末-低W合金粉末的体积比为1∶1～3∶1，而后经放电等离子烧结制备初始坯锭，烧结温度为800-1000℃，烧结时间3-8min；2)将初始坯锭进行冷轧，道次变形量小于5％，总变形量大于99％，最终获得50um～100um厚的冷轧基带；3)将冷轧基带在保护性气氛中进行分级热处理，首先在650℃～750℃保温30min，然后升温至1100℃～1200℃保温30min～60min后将温度升至1300℃～1450℃保温60min～240min，得到无/低磁性立方织构Ni-W合金基带。
2、 根据 利要求1所述的方法，其特征在于，所述的保护性气氛为Ar与 H2的混合气体，混合气体中，&的体积百分比为4%。
全文摘要
本发明属于高温超导涂层导体织构金属基带领域。本发明采用粉末冶金法获得W元素不均匀分布的初始坯锭，经冷轧及优化的高温热处理，通过W元素由芯层向外层扩散获得表面W含量为7～9.3at.％的高强度，无(低)磁性和高立方织构含量的金属基带。本发明方法简单易行，所制备的Ni-W合金基带具有良好的表面质量和锐利的立方织构，可以直接外延生长过渡层和超导层；同时在液氮温区无(低)磁性，并具有很高的机械强度，可以满足进一步提高YBCO涂层导体性能的要求。
文档编号H01B13/00GK101635185SQ20091009189
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者敏 刘, 王建宏, 索红莉, 跃 赵, 邱火勤, 麟 马, 高培阔, 高忙忙 申请人:北京工业大学