專利名稱：鎳基金屬材料及其生產方法
技術領域：
本發明涉及1種鎳基金屬材料及其生產方法。本發明的材料舉例來說可用作帶有顯微結構高度定向的物理化學涂層的基材。這種基材適宜作為陶瓷涂層的基底，它可應用于高溫超導領域。如可應用于超導磁體、變壓器、電動機、X射線斷層攝影機或超導電流通路。這種材料也可應用于磁性體領域，例如特別應用于作為磁蕊箔，它可將力學作用轉化為磁電效應。
眾所周知，純金屬用其它金屬元素合金化可以提高再結晶溫度。但是與此同時隨合金元素含量增高，立方結構度劇烈降低，特別是這種情況在合金元素溶解量很小的范圍中已經發生(R.E.SmallmanJourn.Inst.Metals 84(1955-56)10-18)。例如對鉆來說，隨鐵含量增高，在10至300ppm范圍中，再結晶溫度大輻度提高，而立方結構明顯地減少(W.B.Hutchinson，H.E.EhstroemMater.Sci.Technol.6(1990)1103-1111)。同樣也證明了鎂對鎳的可結構化性有強烈地副面影響(K.Detert等，Z.Matallkde 54(1963)263-270)。只要有600原子-ppm的鎂，已經可以阻止生成立方體結構。同時也證明了合金元素會提高鎳的再結晶溫度(K.Detert，G.DresslerActa Metall 13(1965)845-853)。例如適合這種情況的合金元素有鉻和鉬。另外這些合金元素結構在退火時的熱力學穩定性和精度的特殊作用和特別是它們在鎳中的溶解度至今還不清楚。此外還發現，鎳中含3原子％鉬時，已經不能形成立方結構(K.Detert等Z.Metallkde 54(1963)263-270)。
由此出發，為了能夠觀察鎳本身的行為，必須保證外加元素含量小于100ppm(E.D.Specht等Supercond.Sci.Technol.11(1998)945-949)。在外加元素含量較高時，鎳的初次再結晶結構很少能完全形成立方結構，此外在較高的溫度下，初次長大的立方結構會發生二次再結晶過程(R.E.Smallman，C.S.LeeMater.Sci.Eng.A 184(1994)97-112)。在一般涂層條件下，如它們析出超導層時溫度可達到700℃至800℃。
目前還沒有關于合金元素對變形加工和退火結構作用的普遍適用的理論，特別是對鎳金屬適用的理論。
本發明的內容說明本發明的目的是開發1種鎳基金屬材料，它與工業純鎳比較，有1種高強度和熱穩定的立方結構。本發明還有另一種目的就是開發生產這種材料的方法。
本發明的目的是通過提供1種具有再結晶結構的金屬材料實現的，它是由鎳合金組成，其成分相應于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除Ni、Mo或W以外的1種或多種金屬，并且a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，
d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，均為原子％，并選擇性地含有少量的由生產過程帶來的夾雜物。
優選Mo和/或W的總含量在0.01-0.3原子％的范圍或在3-12原子％的范圍。
如果由工業純Ni和含量為0.1原子％或5原子％或10原子％Mo和/或W組成材料，它具有特別有利的性能。
合金元素M由元素周期表第4周期的1種或多種金屬組成，這是合乎本發明目的的，優選含有V、Cr和/或Cu。
為了生產本發明的材料首先應用火法冶金方法或粉末冶金方法或力學冶金方法，它的成分相應于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除Ni、Mo或W以外的1種或多種金屬，并且a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，均是原子％，并選擇性地含有少量由生產過程帶來的夾雜物。合金通過熱加工和隨后高比率的冷加工加工成帶，其壓縮比大于80％，最后在還原性或非氧化性氣氛下進行再結晶退火，得到立方結構。
火法冶金生產合金優選澆鑄在1個銅錠模中。
粉末冶金生產合金可以優選通過在等靜壓條件下冷模壓和/或熱模壓進行。
藉助軋制法進行高比率的冷變形加工是符合本發明的目的，其中壓縮比大于80％，優選大于98％。
根據本發明的再結晶退火在溫度范圍350℃至1150℃下進行。
根據本發明的方法，在工業純鎳中加入少量Mo和/或W組成微合金，立方體底的相對結構度在冷軋和退火后提高10至25％。工業純鎳的退火結構的熱穩定性只能保持至約600℃，而微合金的結構的熱穩定性可以保持至超過1100℃。
2種微合金元素Mo和/或W對結構化材料的應用性質有特別有利的作用，因為在帶有緩沖材料和/或超導材料涂層的條件下，鎳底層的組織結構保持不變。析出物質的外延生長或準外延生長的增長部分在過程期間不會被破壞。
非常意外的是，根據本發明含Mo和/或W的高合金鎳材料也有有利的作用。如含5原子％Mo或W的鎳合金，在退火溫度高于900℃時形成高比率的立方結構。應用這種基質合金可以生產非磁性帶，因為這2種元素大幅度降低了居里溫度(Curie-Temperatur)。其中1個特殊的優點是超導材料在使用交流電時損失特別小。此外與此同時相聯系的還有有利的因溶體淬火硬化，它使基質的強度提高2至3倍。
對初始原材料來說，除了使用火法冶金方法生產本發明的材料是適當的以外，還可使用通過冷等靜壓模壓或熱等靜壓模壓的粉末冶金法生產本發明的材料。
冶金方法生產的澆鑄錠或壓制坯可以通過熱變形加工得到限定的晶粒大小和通過均勻退火得到對冷變形加工有利的原始組織。關于熱加工變形溫度、退火溫度和時間可以根據最佳進行冷變形加工的需要由專家確定。適宜的再結晶退火氣氛是還原性氣氛或中性氣氛。隨著合金元素含量增高，退火溫度和時間也增加，這可由專家確定。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
附圖的簡短說明

圖1是含0.1原子％W的Ni在冷加工和在800℃的再結晶后，其立方結構的極象圖；圖2是退火溫度對Ni和含0.1原子％Mo或W的Ni形成立方結構的影響圖；圖3是退火溫度對Ni和含不同Mo含量的Ni形成立方結構的影響圖；圖4是退火溫度對Ni和含不同W含量的Ni形成立方結構的影響圖。
在圖2至圖4中，在極象圖的位置中應用垂直有限系數I(100)(Lotgeringfaktor)作為表示立方結構度的特征系數。
實施本發明的方法所得鎳帶的厚度為80μm，已經高比率地結構化。隨后在400℃以上，直至1150℃溫度下加熱30分鐘。其結果為如圖1和圖2所示的1種幾乎完全的再結晶立方結構。X射線測量的(100)-反射強度與其它反射強度頻率相比較(垂直有限系數)證明了Mo和W對強化結構有明顯的合金效應。無添加元素的鎳帶有較低的(100)強度，在加熱溫度高于600℃時，該(100)強度還會進一步減小。
所得鎳帶的厚度為80μm，已是高比率地軋制結構。在高于800℃直至1150℃進行30分鐘的加熱。結果得到的是幾乎完全再結晶的立方結構(圖3和圖4)。X射線測量的(100)-反射強度與其它的反射強度頻率相比較(垂直有限系數)證明Mo或W對結構強化有明顯的合金效應。無添加的Ni帶有較低的(100)-強度，當加熱溫度高于600℃時，該強度還會進一步減小。這種帶的強度由于固溶硬化的非合金的Ni提高約2倍。
所得鎳帶的厚度為80μm，已是高比率的軋制結構體。在溫度高于900℃直至1200℃時進行30分鐘的退火處理。所得的結果是1個再結晶結構體，它與原先的Ni的軋制平面和立方表面進一步吻合。X射線測量的(100)-反射強度與其它的反射強度頻率相比較(垂直有限系數)證明Mo或W作為合金元素，在1100℃的加熱溫度下得到更大的(100)-強度值(纖維結構)。
通過在最佳條件下進行冷軋和退火處理，特別是延長退火處理時間，從立方體底意義來說，進一步強化了結構。由于固溶硬化，合金帶的強度比非合金的鎳帶強度提高約3倍。同時抑制了鐵磁性，因為由合金元素決定的居里溫度大幅度降低，例如含9.15原子％Mo的合金Ni基質，居里溫度降至60K至70K范圍內，結構化的合金沒有鐵磁性。
所得的鎳帶厚度為80μm，已經高比率的結構化。在高于900℃時(直至1200℃)進行30分鐘退火熱處理。得到的是1個再結晶立方結構體。
通過在最佳條件下進行冷軋和退火處理，特別是延長退火處理時間，從立方體底意義來說，進一步達到結構強化。由于固溶硬化，合金Ni帶的強度比非合金Ni的強度提高約2至3倍。同時抑制了鐵磁性，因為由合金元素決定的居里溫度大幅度降低，因此在液氮的溫度范圍77K結構化的合金沒有鐵磁性。
權利要求
1.鎳基金屬材料，其特征在于，它具有再結晶立方結構并由鎳合金組成，它的成分相應于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除了Ni、Mo或W以外的一種或多種金屬，a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，以上均是原子％，并且還選擇性地含有少量由生產過程帶來的夾雜物。
2.根據權利要求1所述的材料，其特征在于，Mo和/或W的總含量為0.01-0.3原子％或為3-12原子％。
3.根據權利要求1所述的材料，其特征在于，鎳合金由工業純Ni和0.1原子％Mo和/或W或由工業純Ni和5原子％Mo和/或W或由工業純Ni和10原子％Mo和/或W組成。
4.根據權利要求1所述的材料，其特征在于，M是元素周期表的第4周期中的1種或多種金屬，優選V、Cr和/或Cu。
5.根據權利要求1所述的冶金材料的生產方法，其特征在于，首先按火法冶金或粉末冶金方法或用力學合金化方法生產合金，它的成分相應于通式Nia(Mob，Wc)dMe其中M為除了Ni、Mo或W以外的一種或多種金屬，并且a＝100-(d+e)，(d+e)≤50，b＝0-12，c＝0-12，d＝(b+c)＝0.01-12，e＝0-49.9，均是原子％，并且選擇性地含有少量由生產過程帶來的夾雜物；合金通過熱加工和隨后高比率的冷加工加工成帶，其壓縮比大于80％，最后在還原性或非氧化性氣氛下進行再結晶退火，得到立方結構。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，火法冶金生產合金通過澆鑄在1個銅錠模中進行。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，粉末冶金生產合金通過在等靜壓條件下冷模壓和/或熱模壓進行。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，藉助軋制法進行高比率的冷加工，其中軋制壓縮比大于80％，優選大于98％。
9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在溫度范圍為350℃-1150℃內進行再結晶退火。
全文摘要
本發明提供一種具有再結晶立方結構,由成分為Ni
文檔編號C22F1/10GK1354804SQ00805616
公開日2002年6月19日 申請日期2000年2月7日 優先權日1999年4月3日
發明者約爾格·艾克邁爾, 迪特馬爾·澤爾布曼, 拉爾夫·奧皮茨, 伯恩哈德·霍爾茨阿普費爾 申請人:德累斯頓固體材料研究所