一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法技术

本发明专利技术公开的一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，采用CuMn合金管作为基体，首先，制备NbTi/CuMn单芯复合棒坯，冷拉拔制备NbTi/CuMn单芯复合棒；然后，制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯，再次冷拉拔制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒；最后，定模成型得到NbTi/CuMn/Cu超导复合线材。本发明专利技术公开的方法通过三次组装、冷拉拔的方法获得不同芯数、不同芯丝直径、不同铜比的细芯丝、低损耗NbTi/CuMn/Cu超导复合线材，采用该制备方法，可根据线材的性能要求，灵活调整复合线材的芯数、铜比和时效热处理工艺，最终获得高临界电流密度、低损耗的铌钛复合线材。

A preparation method of NbTi / cumn / Cu superconducting composite wire

The invention discloses a preparation method of NbTi / cumn / Cu superconductive composite wire rod. Using cumn alloy tube as the matrix, firstly, NbTi / cumn single core composite rod blank is prepared, and NbTi / cumn single core composite rod blank is prepared by cold drawing; secondly, NbTi / cumn / Cu secondary composite rod blank is prepared, and NbTi / cumn / Cu secondary composite rod is prepared by cold drawing again; finally, NbTi / cumn / Cu superconductive composite wire blank is obtained by fixed mold forming \u3002 The method of the invention can obtain fine core wires and low loss NbTi / cumn / Cu superconducting composite wires with different core number, core diameter and copper ratio through three times of assembly and cold drawing. The preparation method can flexibly adjust the core number, copper ratio and aging heat treatment process of the composite wires according to the performance requirements of the wires, and finally obtain high critical current density and low loss Niobium titanium composite wire.

【技术实现步骤摘要】
一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法
本专利技术属于超导复合线材加工领域，具体涉及一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法。
技术介绍
随着国内重离子加速器项目(HIAF)项目的启动，相应的一系列配套设施陆续处于设计及研发阶段，其中主要的核心器件之一超导磁体的设计对NbTi超导线提出了高的要求，由于该磁体服役在高速脉冲电流下，采用常规NbTi/Cu超导线绕制的磁体，在交变的磁场下超导线损耗较高，能量损失较大，不但影响磁体的稳定性，而且对液氦消耗较多，因此降低NbTi超导线的交流损耗并同时具备高的临界电流将是研发的重点，其中主要的交流损耗是超导线材磁滞损耗、基体涡流损耗、自场损耗以及其它附加损耗。由于CuMn合金低温下的电阻率相比无氧铜较高，基体电阻率的增大可有效降低超导复合线材的涡流损耗，同时超导复合线材细芯化可有效降磁滞损耗，但是CuMn合金相比无氧铜，硬度大、强度高，在冷加工过程中很容易产生加工硬化现象，这对细芯丝、低损耗超导线材的加工带来了极大的挑战，因此相比常规NbTi/Cu超导线材的制备，通常采用大的变形量冷拉拔加工，细芯丝、低损耗NbTi/CuMn/Cu超导线材的加工需要开发新的线材结构、冷拉拔技术、热挤压技术等等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，解决了现有方法加工的NbTi超导复合线材芯丝粗大、交流损耗较高的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，具体操作过程包括如下步骤：步骤1，制备NbTi/CuMn单芯复合棒坯：将清洗干净的CuMn合金管、上盖、下盖、铌筒和NbTi合金棒进行组装，通过真空电子束焊接包套，最后通过热挤压获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒坯；步骤2，冷拉拔制备NbTi/CuMn单芯复合棒：将步骤1中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒坯进行20～30道次冷拉拔，每道次拉拔加工率控制在10％～30％，冷拉拔过程中通过扒皮将其表面黑皮去除，然后通过定模拉伸成型为六角棒形状，将其切断、矫直，获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒；步骤3，制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯：将步骤2中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒整齐的密排在铜管内，铜管和单NbTi/CuMn单芯复合棒之间的间隙采用铜插棒进行填充，将组装好的NbTi/CuMn/Cu二次复合包套进行热等静压减小单芯复合棒之间的间隙，最后通过热挤压获得NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯；步骤4，再次冷拉拔制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒：将步骤3中获得的NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯进行30～40道次冷拉拔，每道次拉拔加工率控制在10％～20％，采用扒皮的方式去除表面黑皮，最后通过切断、矫直获得NbTi/CuMn/Cu二次复合棒；步骤5，定模成型得到NbTi/CuMn/Cu超导复合线材：将步骤4中的NbTi/CuMn/Cu二次复合棒再一次整齐的密排在铜管内，将组装好的三次复合线进行冷拉拔，道次加工率控制在5％～10％，同时在不同规格对其进行多次时效热处理，最后通过定模成型获得复合要求的NbTi/CuMn/Cu三次复合线。本专利技术的其他特点还在于，步骤1中CuMn合金管的Mn元素质量百分比为0.5％～5.0％，CuMn合金管厚度为20mm～50mm，铌筒厚度为0.5mm～1mm，NbTi合金棒的直径为150mm～250mm。优选的，步骤1中NbTi/CuMn一次单芯包套上盖为CuMn合金，下盖为紫铜，上盖和下盖均采用嵌入式进行装配。优选的，步骤1中真空电子束焊接时真空度控制在10-3mbar～10-6mbar，焊接电流为50mA～150mA，聚焦电流为4000mA～7000mA，焊接速度为90°/min～160°/min。优选的，步骤1中热挤压的预热温度为650℃～850℃，保温时间为3h～6h，挤压比为10～15。优选的，步骤2中定模拉伸成型为六角棒形状的加工率控制在5％～10％。优选的，步骤3中NbTi/CuMn/Cu二次复合包套热等静压温度为550℃～750℃，包套外径下压量为5mm～10mm。优选的，步骤3中NbTi/CuMn/Cu二次复合包套热挤压预热温度为600℃～800℃，保温时间为3h～5h，挤压比为15～20。优选的，步骤5中NbTi/CuMn/Cu三次复合线冷拉拔采用低角度模具、小变形量进行加工，时效热处理温度为300℃～400℃，次数为3～5次，每次热处理时间为15h～50h。本专利技术的有益效果是，一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，采用CuMn合金管作为基体，通过三次组装、冷拉拔的方法获得不同芯数、不同芯丝直径、不同铜比的细芯丝、低损耗NbTi/CuMn/Cu超导复合线材，采用该制备方法，可根据线材的性能要求，灵活调整复合线材的芯数、铜比和时效热处理工艺，最终获得高临界电流密度、低损耗的铌钛复合线材。附图说明图1是本专利技术的实施例1制备得到的NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的横截面金相照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，其特征在于，具体操作过程包括如下步骤：步骤1，制备NbTi/CuMn单芯复合棒坯：将清洗干净的CuMn合金管、上盖、下盖、铌筒和NbTi合金棒进行组装，通过真空电子束焊接包套，最后通过热挤压获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒坯；步骤1中CuMn合金管的Mn元素质量百分比为0.5％～5.0％，CuMn合金管厚度为20mm～50mm，铌筒厚度为0.5mm～1mm，NbTi合金棒的直径为150mm～250mm；步骤1中NbTi/CuMn一次单芯包套上盖为CuMn合金，下盖为紫铜，上盖和下盖均采用嵌入式进行装配；步骤1中真空电子束焊接时真空度控制在10-3mbar～10-6mbar，焊接电流为50mA～150mA，聚焦电流为4000mA～7000mA，焊接速度为90°/min～160°/min；步骤1中热挤压的预热温度为650℃～850℃，保温时间为3h～6h，挤压比为10～15；步骤2，冷拉拔制备NbTi/CuMn单芯复合棒：将步骤1中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒坯进行20～30道次冷拉拔，每道次拉拔加工率控制在10％～30％，冷拉拔过程中通过扒皮将其表面黑皮去除，然后通过定模拉伸成型为六角棒形状，将其切断、矫直，获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒；步骤2中定模拉伸成型为六角棒形状的加工率控制在5％～10％，加工率超过这个范围不利于芯丝变形；步骤3，制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯：将步骤2中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒整齐的密排在铜管内，铜管和NbTi/C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，其特征在于，具体操作过程包括如下步骤：/n步骤1，制备NbTi/CuMn单芯复合棒坯：/n将清洗干净的CuMn合金管、上盖、下盖、铌筒和NbTi合金棒进行组装，通过真空电子束焊接包套，最后通过热挤压获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒坯；/n步骤2，冷拉拔制备NbTi/CuMn单芯复合棒：/n将步骤1中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒坯进行20～30次冷拉拔，每道次拉拔加工率控制在10％～30％，冷拉拔过程中通过扒皮将其表面黑皮去除，然后通过定模拉伸成型为六角棒形状，将其切断、矫直，获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒；/n步骤3，制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯：/n将步骤2中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒整齐的密排在铜管内，铜管和单NbTi/CuMn单芯复合棒之间的间隙采用铜插棒进行填充，将组装好的NbTi/CuMn/Cu二次复合包套进行热等静压减小单芯复合棒之间的间隙，最后通过热挤压获得NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯；/n步骤4，再次冷拉拔制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒：/n将步骤3中获得的NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯进行30～40道次冷拉拔，每道次拉拔加工率控制在10％～20％，采用扒皮的方式去除表面黑皮，最后通过切断、矫直获得NbTi/CuMn/Cu二次复合棒；/n步骤5，定模成型得到NbTi/CuMn/Cu超导复合线材：/n将步骤4中的NbTi/CuMn/Cu二次复合棒再一次整齐的密排在铜管内，将组装好的三次复合线进行冷拉拔，道次加工率控制在5％～10％，同时在不同规格对其进行多次时效热处理，最后通过定模成型获得复合要求的NbTi/CuMn/Cu三次复合线。/n...

【技术特征摘要】
1.一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，其特征在于，具体操作过程包括如下步骤：
步骤1，制备NbTi/CuMn单芯复合棒坯：
将清洗干净的CuMn合金管、上盖、下盖、铌筒和NbTi合金棒进行组装，通过真空电子束焊接包套，最后通过热挤压获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒坯；
步骤2，冷拉拔制备NbTi/CuMn单芯复合棒：
将步骤1中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒坯进行20～30次冷拉拔，每道次拉拔加工率控制在10％～30％，冷拉拔过程中通过扒皮将其表面黑皮去除，然后通过定模拉伸成型为六角棒形状，将其切断、矫直，获得NbTi/CuMn一次单芯复合棒；
步骤3，制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯：
将步骤2中获得的NbTi/CuMn单芯复合棒整齐的密排在铜管内，铜管和单NbTi/CuMn单芯复合棒之间的间隙采用铜插棒进行填充，将组装好的NbTi/CuMn/Cu二次复合包套进行热等静压减小单芯复合棒之间的间隙，最后通过热挤压获得NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯；
步骤4，再次冷拉拔制备NbTi/CuMn/Cu二次复合棒：
将步骤3中获得的NbTi/CuMn/Cu二次复合棒坯进行30～40道次冷拉拔，每道次拉拔加工率控制在10％～20％，采用扒皮的方式去除表面黑皮，最后通过切断、矫直获得NbTi/CuMn/Cu二次复合棒；
步骤5，定模成型得到NbTi/CuMn/Cu超导复合线材：
将步骤4中的NbTi/CuMn/Cu二次复合棒再一次整齐的密排在铜管内，将组装好的三次复合线进行冷拉拔，道次加工率控制在5％～10％，同时在不同规格对其进行多次时效热处理，最后通过定模成型获得复合要求的NbTi/CuMn/Cu三次复合线。


2.如权利要求1所述的一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中CuMn合金管的Mn元素质量百分比为0.5％～5.0％，CuMn合金管厚度为20...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞龙，郭强，闫凯鹃，朱燕敏，秦星，刘建伟，李建峰，刘向宏，冯勇，张平祥，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61