一种增强青铜法Nb3Sn超导线材的制备方法与流程

一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法
技术领域
1.本发明涉及超导材料加工技术领域，具体为一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法。


背景技术：

2.青铜法nb3sn超导线材的主要用途是制作场强大于10t的高场磁体，由于nb3sn超导线材的特性，其绕制的高场磁体需要绕制后再热处理生成脆性的nb3sn超导相。磁体在运行时会受到强烈的电磁力，nb3sn超导线材如果强度不够会导致芯丝或者线材断裂从而磁体失超。因此要提高nb3sn超导线材热处理后的强度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，以解决上述背景技术中提出由于nb3sn超导线材的特性，其绕制的高场磁体需要绕制后再热处理生成脆性的nb3sn超导相。磁体在运行时会受到强烈的电磁力，nb3sn超导线材如果强度不够会导致芯丝或者线材断裂从而磁体失超的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，包括以下步骤：s1、将洁净的nbti棒装入cuni管中得到cuni/nbti复合锭；s2、将获得的cuni/nbti复合锭进行加工，得到cuni/nbti单芯棒；s3、将cuni/nbti单芯棒采用密排的方式集束，并在其外部包覆阻隔层，然后在阻隔层外围密排青铜/nb合金复合棒，最后在青铜/nb合金复合棒外部包覆阻隔层一起装入铜管内，得到最终坯料；s4、将获得的最终坯料进行加工获得cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材。
5.进一步优选地，所述cuni/nbti复合锭中cuni管和nbti棒截面积的比值为0.2~1.0。
6.进一步优选地，所述cuni管中ni的质量百分比为5%~15%。
7.进一步优选地，所述nbti棒中ti的质量百分比为46%~48%。
8.进一步优选地，所述阻隔层的材质为nb。
9.进一步优选地，所述青铜/nb合金复合棒由青铜和nb合金组成，青铜中sn的质量百分比为13%~17%。
10.进一步优选地，所述cuni/nbti单芯棒、青铜/nb合金复合棒和铜管的截面积比为（0.2~0.3）：（0.4~0.6）：（0.2~0.3）。
11.进一步优选地，所述将获得的最终坯料进行加工时，对最终坯料加热后依次进行挤压、反复的拉拔和中间退火。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材，进行成相热处理后，nbti棒中的ti
元素与cuni管中的ni元素反应生成niti化合物，与nbti棒共同起到了强化作用，热处理后的线材强度可提升一倍以上。从而保证nb3sn超导线材不会出现因为强度不够导致芯丝或者线材断裂从而磁体失超的问题。
附图说明
13.图1为本发明增强青铜法nb3sn超导线材的截面示意图；图中：1、铜管；2、青铜/nb合金复合棒；3、cuni/nbti单芯棒；4、阻隔层。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，包括以下步骤：s1、将洁净的nbti棒装入cuni管中得到cuni/nbti复合锭；s2、将获得的cuni/nbti复合锭进行加工，得到cuni/nbti单芯棒3；s3、将cuni/nbti单芯棒3采用密排的方式集束，并在其外部包覆阻隔层4，然后在阻隔层4外围密排青铜/nb合金复合棒2，最后在青铜/nb合金复合棒2外部包覆阻隔层4一起装入铜管1内，得到最终坯料；s4、将获得的最终坯料进行加工获得cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材。
16.本发明中，cuni/nbti复合锭中cuni管和nbti棒截面积的比值为0.2~1.0。
17.本发明中，cuni管中ni的质量百分比为5%~15%。
18.本发明中，nbti棒中ti的质量百分比为46%~48%。
19.本发明中，阻隔层4的材质为nb。
20.本发明中，青铜/nb合金复合棒2由青铜和nb合金组成，青铜中sn的质量百分比为13%~17%。
21.本发明中，cuni/nbti单芯棒3、青铜/nb合金复合棒2和铜管1的截面积比为（0.2~0.3）：（0.4~0.6）：（0.2~0.3）。
22.本发明中，将获得的最终坯料进行加工时，对最终坯料加热后依次进行挤压、反复的拉拔和中间退火。
实施例1
23.将洁净的nbti棒装入cuni管中，得到cuni/nbti复合锭。cuni管中ni的质量百分比为5%。nbti棒中ti的质量百分比为46%。cuni/nbti复合锭中cuni管和nbti棒截面积的比值为0.2。将获得的cuni/nbti复合锭加热后进行挤压，得到cuni/nbti单芯棒3。
24.cuni/nbti单芯棒3为六边形，对边尺寸为3.6mm；青铜/nb合金复合棒2为六边形，对边宽度为2.4mm，青铜中sn的质量百分比为13%；阻隔层4为nb；铜管1的外径尺寸为φ152mm，内径为φ137mm。将数根cuni/nbti单芯棒3采用密排的方式集束，外部包覆一层直径
为68mm的阻隔层4，然后在阻隔层4外围密排数根青铜/nb合金复合棒2，青铜/nb合金复合棒2外部再包覆一层直径为136mm的阻隔层4后一起装入铜管1内，得到最终坯料。cuni/nbti单芯棒3、青铜/nb合金复合棒2和铜管1的截面积比为0.2:0.6:0.2。将获得的最终坯料加热后依次进行挤压、反复的拉拔和中间退火，获得cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材。
实施例2
25.将洁净的nbti棒装入cuni管中，得到cuni/nbti复合锭。cuni管中ni的质量百分比为10%。nbti棒中ti的质量百分比为47%。cuni/nbti复合锭中cuni管和nbti棒截面积的比值为0.5。将获得的cuni/nbti复合锭加热后进行挤压，得到cuni/nbti单芯棒3。
26.cuni/nbti单芯棒3为六边形，对边尺寸为4.8mm；青铜/nb合金复合棒2为六边形，对边宽度为2.5mm，青铜中sn的质量百分比为15%；阻隔层4为nb；铜管1的外径尺寸为φ225mm，内径为φ189mm。将数根cuni/nbti单芯棒3采用密排的方式集束，外部包覆一层直径为123mm的阻隔层4，然后在阻隔层4外围密排数根青铜/nb合金复合棒2，青铜/nb合金复合棒2外部再包覆一层直径为188mm的阻隔层4后一起装入铜管1内，得到最终坯料。cuni/nbti单芯棒3、青铜/nb合金复合棒2和铜管1的截面积比为0.3:0.4:0.3。将获得的最终坯料加热后依次进行挤压、反复的拉拔和中间退火，获得cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材。
实施例3
27.将洁净的nbti棒装入cuni管中，得到cuni/nbti复合锭。cuni管中ni的质量百分比为15%。nbti棒中ti的质量百分比为48%。cuni/nbti复合锭中cuni管和nbti棒截面积的比值为1.0。将获得的cuni/nbti复合锭加热后加热后进行挤压，得到cuni/nbti单芯棒3。
28.cuni/nbti单芯棒3为六边形，对边尺寸为5.5mm；青铜/nb合金复合棒2为六边形，对边宽度为2.8mm，青铜中sn的质量百分比为17%；阻隔层4为nb；铜管1的外径尺寸为φ260mm，内径为φ226mm。将数根cuni/nbti单芯棒3采用密排的方式集束，外部包覆一层直径为130mm的阻隔层4，然后在阻隔层4外围密排数根青铜/nb合金复合棒2，青铜/nb合金复合棒2外部再包覆一层直径为225mm的阻隔层4后一起装入铜管1内，得到最终坯料。cuni/nbti单芯棒3、青铜/nb合金复合棒2和铜管1的截面积比为0.25:0.5:0.25。将获得的最终坯料加热后依次进行挤压、反复的拉拔和中间退火，获得cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材。
29.实施例4、本发明cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材的验证实验。
30.采用本发明实施例一到三的方法获得的cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材和没有采用cuni-nbti芯增强的青铜法nb3sn超导线材比较，本发明实施例1-3制备的cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线热处理后在4.2k下的屈服强度为300mpa左右，没有采用cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材热处理后在4.2k下的屈服强度为140mpa左右。可见本发明的方法能够有效提高青铜法nb3sn超导线材强度。
31.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
32.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将洁净的nbti棒装入cuni管中得到cuni/nbti复合锭；s2、将获得的cuni/nbti复合锭进行加工，得到cuni/nbti单芯棒（3）；s3、将cuni/nbti单芯棒（3）采用密排的方式集束，并在其外部包覆阻隔层（4），然后在阻隔层（4）外围密排青铜/nb合金复合棒（2），最后在青铜/nb合金复合棒（2）外部包覆阻隔层（4）一起装入铜管（1）内，得到最终坯料；s4、将获得的最终坯料进行加工获得cuni-nbti增强的青铜法nb3sn超导线材。2.根据权利要求1所述的一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于：所述cuni/nbti复合锭中cuni管和nbti棒截面积的比值为0.2~1.0。3.根据权利要求1所述的一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于：所述cuni管中ni的质量百分比为5%~15%。4.根据权利要求1所述的一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于：所述nbti棒中ti的质量百分比为46%~48%。5.根据权利要求1所述的一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于：所述阻隔层（4）的材质为nb。6.根据权利要求1所述的一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于：所述青铜/nb合金复合棒（2）由青铜和nb合金组成，青铜中sn的质量百分比为13%~17%。7.根据权利要求1所述的一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于：所述cuni/nbti单芯棒（3）、青铜/nb合金复合棒（2）和铜管（1）的截面积比为（0.2~0.3）：（0.4~0.6）：（0.2~0.3）。8.根据权利要求1所述的一种增强青铜法nb3sn超导线材的制备方法，其特征在于：所述s4中，将获得的最终坯料进行加工时，对最终坯料加热后依次进行挤压、反复的拉拔和中间退火。

技术总结
本发明公开了一种增强青铜法Nb3Sn超导线材的制备方法，将CuNi/NbTi单芯棒采用密排的方式集束，并在其外部包覆阻隔层，然后在阻隔层外围密排青铜/Nb合金复合棒，最后在其外部包覆阻隔层一起装入铜管内，得到最终坯料；将获得的最终坯料进行加工，获得CuNi-NbTi增强的青铜法Nb3Sn超导线材。进行成相热处理后，NbTi中的Ti元素与CuNi中的Ni元素反应生成NiTi化合物，与NbTi芯共同起到了强化作用，热处理后的线材强度可提升一倍以上。从而保证Nb3Sn超导线材不会出现因为强度不够导致芯丝或者线材断裂从而磁体失超的问题。或者线材断裂从而磁体失超的问题。或者线材断裂从而磁体失超的问题。


技术研发人员：张科 郭强 鞠帅威 史一功 武博 朱燕敏 刘向宏 冯勇
受保护的技术使用者：西安聚能超导线材科技有限公司
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/9/6