本發明涉及一種強立方織構NiW合金基帶坯錠的制備方法，屬于高溫超導涂層導體用基帶技術領域。

背景技術：

以YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)為代表的稀土類鋇銅氧化物，屬于高溫超導材料，具有高的不可逆場，低的交流損耗，大大提升了超導材料的應用溫度與磁場，但YBCO超導性能表現出強烈的各向異性，且與鉍系、鐵基、MgB₂等其他高溫超導材料相比，其相干長度很小，臨界電流密度強烈地依賴于晶界夾角。為了獲得YBCO薄膜優良的超導電性與機械性能，作為涂層導體基底的NiW合金基帶，承擔著外延織構與承受一定應力應變兩大功能。因此高立方織構度、高強度NiW合金基帶的制備是壓延輔助雙軸織構基板法(RABiTS)制備釔系高溫超導材料的關鍵技術。

金屬材料組織與織構的發展具有很強的“遺傳性”，良好的坯錠基礎是NiW合金基帶后續大形變冷軋及再結晶過程的重要保障。涂層導體用NiW合金基帶強立方織構的形成建立在初始坯錠中W元素的均勻分布與晶粒尺寸的控制上：W元素的偏聚使坯錠局部層錯能迅速降低，導致應力集中形變不均勻，這對后續的銅型形變組織與強立方再結晶組織的形成來說是致命的打擊；另一方面細化晶粒對立方織構形成的積極意義已在各文獻中多次體現，相同的形變與再結晶條件下，晶粒尺寸小的坯錠形變過程更多的以位錯滑移方式進行，形變更均勻。

目前NiW合金基帶坯錠的制備主要分熔煉法與粉末冶金法兩大方向，德國Dresden實驗室采用熔煉法制備Ni9.3W、Ni9.5W合金基帶，坯錠均勻化與晶粒細化采用了熱鍛、熱軋、均勻化熱處理及初始再結晶熱處理四大步驟，工藝路線長，坯錠穩定性差。

2007年美國休斯頓大學提出粉末冷等靜壓燒結的方式，制備Ni9W合金基帶；2008年趙躍采用放電等離子燒結，經坯錠均勻化熱處理制備Ni9.3W合金基帶；2010年邱火勤等人設計熱等靜壓法(專利號：ZL201010167063.8)制備NiW合金復合基帶。以上提及的粉末冶金法制備NiW合金基帶均采用單質Ni粉單質W粉混合粉末球磨后置于石墨模具中進行燒結，Ni與W在高溫高壓過程中合金化形成NiW合金固溶體。此方法W難以在短時間內充分擴散均勻，研究人員常常采用1200℃、24h高溫長時間均勻化熱處理處理坯錠，但在保證W擴散均勻的同時晶粒尺寸不可避免地長大至80～100μm，因此，如何兼顧NiW合金坯錠W元素的均勻分布與細小晶粒尺寸的控制是NiW合金基帶研究亟待解決的難題。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種合金粉末制備涂層導體用NiW合金基帶坯錠的方法，可以有效地避免傳統粉末冶金法制備NiW合金坯錠W元素分布不均勻及均勻化熱處理后晶粒尺寸過大的問題，促進了NiW合金基帶軋制過程銅型形變織構及再結晶過程強立方織構的形成。

所選NiW合金粉末采用氬氣霧化法生產，并在坯錠制備前進行球磨預處理。球磨預處理細化合金粉末顆粒的同時壓實原始粉末中存在的空心粉，防止坯錠中引入封閉式氣孔、雜質。

一種球磨合金粉末制備涂層導體用NiW合金基帶的方法包括以下步驟：

(1)NiW合金粉末預處理

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為5～12的NiW合金粉末，置于高能球磨機中球磨得到粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用15mm、10mm、5mm三種直徑的瑪瑙球，球磨級配為大中小球質量比為1:4:3，球粉質量比為6:1；球磨過程在保護性氣氛下進行，球磨轉速為150～200rpm/min，球磨時間共7h。

(2)NiW合金粉末替代單質混合粉末放電等離子燒結

將步驟(1)得到的合金粉末置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型得到NiW合金坯錠。其中放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結，燒結壓強為30MPa；燒結溫度控制在850～880℃，升溫速度為100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。

(3)形變

將步驟(2)得到的NiW合金坯錠進行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為900～1100℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％；冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比5％；冷軋過程加入軋制中間熱處理若干次(0-3次,即也可不加軋制中間熱處理)來緩解大變形量軋制造成的加工硬化，軋制中間熱處理溫度為550℃，保溫時間為60～120min。

(4)再結晶

將軋制好的NiW合金帶材經兩步再結晶熱處理得到強立方織構NiW合金基帶。第一步再結晶熱處理溫度為700～750℃保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1050～1250℃保溫120min。

以上熱處理均在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛中進行，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。

本發明設計的NiW合金粉末制備涂層導體用NiW合金基帶坯錠的方法，得到了W元素分布均勻且晶粒尺寸細小的NiW合金坯錠，經熱軋開坯，冷軋及兩步再結晶熱處理后得到了強立方織構NiW合金基帶。與傳統工藝相比，此方法制備的NiW合金坯錠組織性能良好的同時工藝步驟簡單，在大規模產業化應用中節能效益明顯；適用范圍廣，可用于單層(見實施例1與2)復合(見實施例3))NiW合金基帶的坯錠制備。

附圖說明

圖1、實施例1中Ni8W軋制至0.08mm后形變組織(111)極圖

圖2、實施例1中Ni8W再結晶熱處理后立方織構含量EBSD圖

圖3、實施例2中Ni5W軋制至0.08mm后形變組織(111)極圖

圖4、實施例2中Ni5W再結晶熱處理后立方織構含量EBSD圖

圖5、實施例3中Ni8W/Ni12W/Ni8W軋制至0.08mm后形變組織(111)極圖

圖6、實施例3中Ni8W/Ni12W/Ni8W再結晶熱處理后立方織構含量EBSD圖

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步的說明，但本發明并不僅限于以下實施例。

實例1

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為8的NiW合金粉末，稱量20g置于高能球磨機中球磨粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用瑪瑙球，球磨級配為大中小球質量比為1:4:3，球粉質量比為6:1。球磨過程在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛下進行，球磨機轉速為200rpm/min，球磨時間共7h。球磨兩次共得到40g Ni8W合金粉末。將所得合金粉末稱量36.24g置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型，得到長寬高為20*15*13mm的Ni8W合金坯錠。放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結,燒結壓強為30MPa，燒結溫度控制在850～880℃，升溫速度100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。然后將此Ni8W合金坯錠磨拋至12mm后進行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為1100℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％。熱軋后的合金基帶去除表面氧化皮后冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為5％。冷軋過程加入3次550℃保溫120min的軋制中間熱處理：第一次軋制中間熱處理在軋至3mm時進行，第二次軋制中間熱處理在軋至1mm時進行，第三次軋制中間熱處理在軋至0.4mm時進行。軋制中間熱處理在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛中進行，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。最后將軋制好的Ni8W合金帶材經兩步再結晶熱處理得到得到立方織構含量(取向差10°以內)達96.5％的Ni8W基帶。兩步再結晶熱處理在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛中進行，第一步再結晶熱處理溫度為750℃保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1200℃保溫120min，升溫速度5℃/min隨爐冷卻。

實例2

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為5的NiW合金粉末，稱量20g置于高能球磨機中球磨粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用瑪瑙球，球磨級配為大中小球質量比為1:4:3，球粉質量比為6:1。球磨過程在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛下進行，球磨機轉速為200rpm/min，球磨時間共7h。球磨兩次共得到40g Ni5W合金粉末。將所得合金粉末稱量34.71g置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型，得到長寬高為20*15*12.8mm的Ni5W合金坯錠。放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結,燒結壓強為30MPa，燒結溫度控制在850～880℃，升溫速度100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。然后將此Ni5W合金坯錠磨拋至12mm后進行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為900℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％。熱軋后的合金基帶去除表面氧化皮后冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為5％。最后將軋制好的Ni5W合金帶材經兩步再結晶熱處理得到得到立方織構含量(取向差10°以內)達99％的Ni5W基帶。兩步再結晶熱處理在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛中進行，第一步再結晶熱處理溫度為700℃保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1200℃保溫120min，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。

實例3

選取粒度為30～35μm、W原子百分含量為8的NiW合金粉末,稱量20g置于高能球磨機中球磨得到粒度在10～15μm的合金粉末。球磨采用瑪瑙球，球磨級配為大中小球質量比為1:4:3，球粉質量比為6:1。球磨過程在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛下進行，球磨機轉速為200rpm/min，球磨時間共7h。球磨兩次共得到40g Ni8W合金粉末。采用同樣的方法球磨一次得到20g Ni12W合金粉末。分別稱量Ni8W合金粉末12.08g、Ni12W合金粉末12.74g與Ni8W合金粉末12.08g逐層置于石墨模具中，通過放電等離子燒結成型，得到長寬高為20*15*13mm的Ni8W/Ni12W/Ni8W復合坯錠。放電等離子燒結在真空條件下加壓燒結,燒結壓強為30MPa，燒結溫度控制在850～880℃，升溫速度為100℃/min，保溫5min后隨爐冷卻。然后將此Ni8W/Ni12W/Ni8W復合坯錠磨拋至12mm后進行熱軋開坯軋至8mm，軋制溫度為1100℃，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為20～30％。熱軋后的合金基帶去除表面氧化皮后冷軋軋至0.08mm，每道次軋制壓下量與軋前厚度之比為5％。冷軋過程加入3次550℃保溫120min的軋制中間熱處理：第一次軋制中間熱處理在軋至3mm時進行，第二次軋制中間熱處理在軋至1mm時進行，第三次軋制中間熱處理在軋至0.4mm時進行。軋制中間熱處理在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛中進行，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。最后將軋制好的Ni8W/Ni12W/Ni8W復合帶材經兩步再結晶熱處理得到得到立方織構含量(取向差10°以內)達96％的Ni8W/Ni12W/Ni8W復合基帶。兩步再結晶熱處理在H₂體積分數為4％的A_r/H₂混合氣氛中進行，第一步再結晶熱處理溫度為750℃保溫60min，第二步再結晶熱處理溫度為1250℃保溫120min，升溫速度5℃/min，隨爐冷卻。