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高温涂层超导体是一种极具广泛应用前景的新型功能材料。制备出高立方织构的韧性金属合金基板是获得高载流能力涂层超导带材的前提。目前,织构金属合金基带存在的主要问题有:已商业化生产的Ni-5at.％W(Ni5W)合金基带其力学性能及磁性不能很好的满足涂层超导体的应用要求;而无磁性的铜及其合金基带的力学性能也并不理想。针对上述问题,本论文开展了织构NiW合金复合基带和铜基合金基带的研究。实验分别采用不同的粉末冶金制坯技术获得了NiW合金复合坯锭(Ni5W/Ni12W/Ni5W和Ni7W/Ni12W/Ni7W)、Cu-40wt.％Ni(Cu60Ni40)和Cu60Ni40/Ni9W/Cu60Ni40合金坯锭,经优化的均匀化退火、冷轧以及再结晶热处理工艺,获得了具有锐利立方织构的NiW合金复合基带及Cu基合金基带,并采用EBSD和XRD技术对基带的形变织构和再结晶织构进行了表征分析。论文获得了以下研究成果:
采用热等静压制坯工艺、结合压延辅助双轴织构技术(RABiTS)路线获得了立方织构含量高达99.1％(≤10°)的Ni5W/Ni12W/Ni5W复合基带;基带(111)面ψ扫描和(200)面摇摆曲线的半高宽值分别为6.89°和4.62°,表明制备的Ni5W/Ni12W/Ni5W复合基带具有锐利的双轴织构,其立方织构质量与目前产业化生产的Ni5W基带相当,而其力学性能及磁性相比于单一合金Ni5W基带而言都得到显著的改善,制备的Ni5W/Ni12W/Ni5W复合基带室温屈服强度值(σ0.2)达到219 Mpa,比Ni5W合金基带提高了31％;而饱和磁化强度下降为14.9 emu/g(T=77 K),为Ni5W合金基带的61％。
为了进一步提高NiW复合基带的力学性能和降低基带的磁性能,本论文采用相同的技术路线成功获得了Ni7W/Ni12W/Ni7W复合基带。其σ0.2高达265Mpa,比Ni5W/Ni12W/Ni5W复合基带提高了21％,而其饱和磁化强度降为5.04％emu/g(T=77 K),是Ni5W/Ni12W/Ni5W复合基带的34％,仅为单一合金Ni5W基带的21％。同时,Ni7W/Ni12W/Ni7W复合基带的立方织构含量达到98.9％,基带(111)面ψ扫描和(200)面摇摆曲线的半高宽值分别是7.93°和6.29°,这些结果都表明通过热等静压制坯工艺方法可制备高性能的NiW合金复合基带,能很好的满足于涂层导体的应用。
采用粉末冶金技术路线获得了立方织构含量为87.9％的无磁性Cu60Ni40合金基带,其(111)面ψ扫描和(200)面摇摆曲线的半高宽值分别为8.43°和7.43°。结果表明:采用粉末冶金工艺路线同样可以获得锐利立方织构的无磁性Cu60Ni40合金基带,并且简化了制备工艺。同时,为了进一步提高Cu基合金基带的力学性能,本文还采用“复合坯锭法”,结合RABiTS技术首次获得了织构的,完全无磁性的Cu60Ni40/Ni9W/Cu60Ni40合金复合基带,经优化的退火工艺后其立方织构含量为48.5％。同时发现,除了形变织构对再结晶织构的影响外,再结晶过程中大量退火孪晶的出现是导致Cu60Ni40/Ni9W/Cu60Ni40复合基带中立方织构含量不高的原因。对基带的力学性能测试结果表明,室温下其σ0.2达到179.57 Mpa,高于单层Cu60Ni40合金基带的132.2 Mpa,可满足涂层导体应用中对基带强度的要求。
综上所述,本论文首次采用热等静压技术路线和优化的轧制及再结晶退火工艺获得了NiW合金复合基带。特别值得指出的是,NiW复合基带作为一种优良的涂层导体合金基板,产业化趋势日趋明显,热等静压法因其在大规模化生产方面的优势将势必成为工业化生产NiW合金复合基带的首选。因此,本文的研究结果为采用热等静压技术制备NiW合金复合长带提供了一定的基础研究及技术支持。另一方面,本论文通过采用粉末冶金技术获得了单一立方织构的CuNi合金基带,并采用“复合坯锭法”结合RABiTS技术首次制备了整体无磁性、较高强度的Cu基合金复合基带,这不仅丰富了涂层导体用织构金属合金基带的类型,同时有望更好地满足涂层超导体对基带材料磁性能的应用要求。