一种矩形截面Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合线材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种矩形截面Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合线材的制备方法，包括以下步骤：一、将单根纯Ｎｂ棒和无氧铜外包套一进行第一次挤压组装及拉拔；二、第二次挤压组装，并获得Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合细丝一；三、按照步骤二中的挤压组装方法和相关工艺参数，重复进行第三次挤压组装；四、按照步骤二中的挤压组装方法和相关工艺参数，重复进行第四次挤压组装；五、矩形模定型拉拔。本发明专利技术工艺步骤简单、流程短、生产效率高且制备成本低、使用效果好、所生产的Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合线材性能优越，适合批量化生产，能较好地控制矩形截面的尺寸精度，能加工出任意尺寸和长度且含有上亿数量级的的矩形截面Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合线材。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多芯复合超导线材的制备方法，尤其是涉及一种矩形截面Cu-Nb 多芯复合线材的制备方法。
技术介绍
高强高导铜基材料是一类具有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，既 具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的耐高温性能，广泛应用于转换开关、点接触 器、引线框架、单点弹簧等器件中，近年来主要用于强磁场脉冲磁体中，随着高强高导铜基 材料应用领域的不断扩大其消耗量也在迅速增长，这种材料被认为极其具有发展潜力和广 泛应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国专家学者的高度关注。脉冲磁体是目前实现60T以上的高磁场的唯一手段，可为物理、生物和材料领域 的科学研究提供基础平台。根据可重复性与否将脉冲磁体分为两类，一类是百特斯拉级的 强磁体，通过磁通瞬间的急剧变化产生超强磁场，仅能使用一次，称为破坏性脉冲磁体；另 一类是磁场强度低于100T的脉冲磁体，可以重复放电使用，称为非破坏性脉冲磁体。非破 坏性脉冲磁体可重复性较好，且成本较低，可广泛应用于各类研究机构。非破坏性脉冲磁体对导体材料提出了很高要求，要求材料具有高强度抵抗洛仑兹 力，具有良好的导电性以减少发热量，具有较好的延展性便于绕制小内径线圈。目前，满足 脉冲磁体需要的导体材料以Cu/Nb材料为主。同时，由于导体材料经过螺线管绕制成脉冲 磁体，要求采用最密排的方式，使材料受力均勻，保持磁体均勻度。由于矩形截面导线相比 圆型截面导线具有较好的填充性，可以保证导体材料绕组的充分紧密填充，实现磁体结构 的机械强度，使各处绕组均勻承受最大载荷，同时保证材料具有良好的导电率以降低焦耳 热效应。因此，获得60T以上的脉冲磁体的导体材料通常采用矩形截面Cu-Nb多芯复合线。矩形截面Cu-Nb多芯复合线的加工通常在原位法或者集束拉拔方法的基础上，将 最终圆形截面线材通过四辊轧机或型辊轧机轧制成型。在轧制过程中，圆形截面线材需要 经过多道次复杂的塑性变形过程才能变为矩形截面线材，不但要选择高精度轧机和坯料尺 寸，而且要制定合理的轧制工艺(道次压下量的控制、张力大小的调整与配合等等)，如果 选择不当很容易造成材料由于受力变形不均，导致线材在轧制过程中边部出现裂纹和镰刀 弯等缺陷，导致线材性能下降，同时也大大降低了线材成品率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矩形截面 Cu-Nb多芯复合线材的制备方法，其工艺步骤简单、流程短、生产效率高且制备成本低、使用 效果好、所生产的Cu-Nb多芯复合线材性能优越，适合批量化生产，能较好地控制矩形截面 的尺寸精度，能加工出任意尺寸和长度且含有上亿数量级的的矩形截面Cu-Nb多芯复合线 材。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、第一次挤压组装，其挤压组装过程如下101、第一次组装将单根纯Nb棒和无氧铜外包套一组装为Cu-Nb复合包套，所述 Cu-Nb复合包套由单根纯Nb棒和同轴套装在纯Nb棒上的无氧铜外包套一组成；所述无氧 铜外包套一包括无氧铜外包管一以及设置在所述无氧铜外包管一上、下端的上端盖一和下端盖一； 102、第一次真空封焊采用真空焊将步骤101中所述上端盖一和下端盖一分别焊 封在所述无氧铜外包管一的上、下端部；103、第一次挤压采用挤压设备对经第一次真空封焊后的Cu-Nb复合包套进行 挤压并获得Cu-Nb复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为550°C 750°C，保温时间为 1. 5h 2h，挤压比为11 33. 5 ；104、第一次拉拔采用拉拔设备对步骤103中所述的Cu-Nb复合棒材进行拉拔并 获得横截面为圆形的Cu-Nb复合棒材一；且进行拉拔时，道次加工率为20士5% ；步骤二、第二次挤压组装，其挤压组装过程如下201、第二次预拉拔采用拉拔设备将步骤104中所述的Cu-Nb复合棒材一拉拔成 设计尺寸的六方芯棒；202、第二次后续处理对201中所述的六方芯棒进行定尺、截断和清洗后待用；203、第二次组装将经步骤202中第二次后续处理后的多根六方芯棒无间隙组装 为一体，并放置于无氧铜外包套二中直至将所述无氧铜外包套二充满，获得Cu-Nb多芯复 合包套；所述无氧铜外包套二包括无氧铜外包管二以及设置在所述无氧铜外包管二上、下 端的上端盖二和下端盖二；204、第二次真空封焊采用真空焊将步骤203中所述上端盖二和下端盖二分别焊 封在所述无氧铜外包管二上、下端部；205、第二次挤压采用挤压设备对经第二次真空封焊后的Cu-Nb多芯复合包套 进行挤压并获得横截面为圆形的Cu-Nb多芯复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为 550°C 750°C，保温时间为1. 5h 2h，挤压比为11 33. 5 ；206、第二次主拉拔采用拉拔设备对步骤205中所述的Cu-Nb多芯复合挤压棒材 进行拉拔并获得横截面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝一；步骤三、第三次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤206中所述Cu-Nb多芯复合细丝一依次进行第三次预拉拔、第三次后 续处理、第三次组装、第三次真空封焊、第三次挤压和第三次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝二 ；步骤四、第四次挤压组装按照步骤二中所述第二次挤压组装的挤压组装方法和 相关工艺参数，对步骤三中所述Cu-Nb多芯复合细丝二依次进行第四次预拉拔、第四次后 续处理、第四次组装、第四次真空封焊、第四次挤压和第四次主拉拔处理，并相应获得横截 面为圆形且符合设计尺寸的Cu-Nb多芯复合细丝三；且第四次主拉拔期间交替进行两次用 于消除所述Cu-Nb多芯复合细丝三内部残余应力的真空热处理，两次真空热处理温度均为 200°C 300°C，保温时间均为1. 5h 2h，且真空度均在10_3Pa以上；步骤203中所述多根六方芯棒的数量为η根；且步骤三中所述的第三次组装和步骤四中所述的第四次组装中，所组装六方芯棒的尺寸和数量均与步骤203中所述六方芯棒 的尺寸和数量相同；所述Cu-Nb多芯复合细丝一、Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合 细丝三的尺寸均相同；步骤五、矩形模定型拉拔通过拉拔设备且采用矩形模对经第四次挤压组装及真 空热处理后所获得的Cu-Nb多芯复合细丝三进行多道模定型拉拔，并获得设计尺寸的η3芯 矩形截面Cu-Nb多芯复合超导线材成品。上述步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤步骤 四中所述的第四次主拉拔中，当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径> 5mm时，拉拔道次 加工率为20士5% ；当被拉拔Cu-Nb多芯复合挤压棒材的直径< 5mm时，拉拔道次加工率为 10% 15% ； 上述步骤104中所述的第一次拉拔后，需采用由合金制成的扒皮模具一扒除所述 Cu-Nb复合棒材一外表面的铜氧化层，所述扒皮模具一的结构尺寸与所述Cu-Nb复合棒材 一的结构尺寸相对应；步骤206中所述的第二次主拉拔、步骤三中所述的第三次主拉拔和步骤四中所述 的第四次主拉拔后，均需采用由合金制成的扒皮模具二扒除所述Cu-Nb多芯复合细丝一、 Cu-Nb多芯复合细丝二和Cu-Nb多芯复合细丝三外表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矩形截面Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合线材的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、第一次挤压组装，其挤压组装过程如下：１０１、第一次组装：将单根纯Ｎｂ棒和无氧铜外包套一组装为Ｃｕ－Ｎｂ复合包套，所述Ｃｕ－Ｎｂ复合包套由单根纯Ｎｂ棒和同轴套装在纯Ｎｂ棒上的无氧铜外包套一组成；所述无氧铜外包套一包括无氧铜外包管一以及设置在所述无氧铜外包管一上、下端的上端盖一和下端盖一；１０２、第一次真空封焊：采用真空焊将步骤１０１中所述上端盖一和下端盖一分别焊封在所述无氧铜外包管一的上、下端部行两次用于消除所述Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合细丝三内部残余应力的真空热处理，两次真空热处理温度均为２００℃～３００℃，保温时间均为１．５ｈ～２ｈ，且真空度均在１０↑［－３］Ｐａ以上；步骤２０３中所述多根六方芯棒的数量为ｎ根；且步骤三中所述的第三次组装和步骤四中所述的第四次组装中，所组装六方芯棒的尺寸和数量均与步骤２０３中所述六方芯棒的尺寸和数量相同；所述Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合细丝一、Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合细丝二和Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合细丝三的尺寸均相同；步骤五、矩形模定型拉拔：通过拉拔设备且采用矩形模对经第四次挤压组装及真空热处理后所获得的Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合细丝三进行多道模定型拉拔，并获得设计尺寸的ｎ↑［３］芯矩形截面Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合超导线材成品。；１０３、第一次挤压：采用挤压设备对经第一次真空封焊后的Ｃｕ－Ｎｂ复合包套进行挤压并获得Ｃｕ－Ｎｂ复合挤压棒材；且进行挤压时，挤压温度为５５０℃～７５０℃，保温时间为１．５ｈ～２ｈ，挤压比为１１～３３．５；１０４、第一次拉拔：采用拉拔设备对步骤１０３中所述的Ｃｕ－Ｎｂ复合棒材进行拉拔并获得横截面为圆形的Ｃｕ－Ｎｂ复合棒材一；且进行拉拔时，道次加工率为２０±５％；步骤二、第二次挤压组装，其挤压组装过程如下：２０１、第二次预拉拔：采用拉拔设备将步骤１０４中所述的Ｃｕ－Ｎｂ复合棒材一拉拔成设计尺寸的六方芯棒；２０２、第二次后续处理：对２０１中所述的六方芯棒进行定尺、截断和清洗后待用；２０３、第二次组装：将经步骤２０２中第二次后续处理后的多根六方芯棒无间隙组装为一体，并放置于无氧铜外包套二中直至将所述无氧铜外包套二充满，获得Ｃｕ－Ｎｂ多芯复合包套；所述无氧铜外包套二包括无氧铜外包管二以及设置在所述无氧铜外包管二上、下端的上端盖二和下端盖二；２０４、第二次真空封焊：采用真空焊将步骤２０３中所述上端盖二和下端盖二分别焊封在所述...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈自力，梁明，卢亚锋，闫果，李成山，张平祥，段颖，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]