一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，该方法包括：一、对Bi系超导线带材表面擦洗去除残留的污物；二、对擦洗后的Bi系超导线带材进行电化学抛光去除Ag合金层；三、残液清洗；四、对清洗后的Bi系超导线带材进行表面增强处理形成Cu层，得到低Ag含量高强度Bi系超导线带材。本发明专利技术将电化学抛光法与电化学增材方法结合，去除Bi系超导线带材表面的Ag合金层并镀覆高强度的Cu层，实现了低成本高强度Bi系超导线带材的制备，降低了制备成本并提升了Bi系超导线带材的强度，满足大型超强磁体应用要求，同时调控Cu层的厚度实现不同临界弯曲半径线带材的制备，适用于小口径磁体，且工艺简单，适宜批量化生产。适宜批量化生产。适宜批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法


[0001]本专利技术属于高温超导线带材制备
，具体涉及一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法。

技术介绍

[0002]Bi系高温超导线带材具有优异的载流性能、～100T的超高上临界场和77K以上的超导转变温度，在液氮温区输电以及液氦强磁场领域均具有很好的应用前景，已应用于超强NMR磁场磁体、超导电缆、超导限流器、超导储能磁体、聚变超导磁体和加速器磁体等。
[0003]Bi系线带材采用粉末装管法制备，即将前驱陶瓷氧化物粉末装入银管内制成单芯复合体，再经过单芯线材拉拔、多芯线材集束拉拔或轧制，再经过热处理后，制成高性能Bi系线带材。在整个热处理过程中超导芯丝周围的氧分压需始终保持一致，否则会出现偏析问题，导致样品载流性能的大幅下降。而升温过程中氧化物芯丝会吸收氧气，保温时超导芯丝又会释放氧气，这会导致芯丝周围氧分压的实时变化。因此，制备Bi系超导线带材的包套材料，必须采用透氧材料。另外，包套材料不能跟Bi系前驱粉末反应。目前，能满足这两个条件的包套材料只有银及银合金。因此，制备Bi系超导线带材，只能采用Ag及Ag合金作为包套材料。但Ag及Ag合金作为包套材料具有以下缺点：
[0004](1)纯Ag和Ag合金(Bi系超导线带材用的Ag合金为Ag含量超过99％的银合金)含量过高，导致Bi系超导线带材的成本过高。Bi系超导带材中的Ag及Ag合金含量接近70％，Bi系超导线材中Ag及Ag合金含量更是超过80％。Ag及Ag合金为贵金属，其价格也远高于其他金属，造成Bi系超导线带材的成本高居不下，这制约了其大规模的应用。因此，要实现Bi系超导线带材的大规模应用，必须降低Ag含量，降低成本。
[0005](2)高的Ag和Ag合金含量导致Bi系超导线带材的强度过小。Bi系超导线带材最重要的应用为30T以上的强磁场，强磁场与超导线带材内的超导电流产生强烈的相互作用，造成超导线带材承受大的拉应力。而且随超导磁体的口径越大，超导线带材所承受的拉应力逐渐增加。但Ag及Ag合金的强度比较低，这导致以Ag及Ag合金作为包套材料的Bi系超导线带材很难满足强磁场磁体的要求。因此，要实现Bi系超导线带材在超强磁场中的应用，必须提高常规Bi系超导线带材强度。
[0006](3)增强型Bi系超导线材的临界工程电流密度大幅降低。目前增强型Bi系超导线材是在Bi系超导线带材表面直接焊接高强度金属带材。与原始超导线带材相比，这种增强型超导线带材的厚度或直径明显增加，这会造成样品的临界工程电流密度大幅降低，导致该增强型超导线带材制备的超导装置尺寸大幅增加，大幅增加了超导装置的制冷成本以及超导材料成本。因此，要实现增强型Bi系超导线带材的大规模应用，必须减少增强型Bi系超导线带材的尺寸，增加线带材的工程临界电流密度。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低成本高强
度Bi系超导线带材的制备方法。该方法将电化学抛光法与电化学增材方法结合，去除Bi系超导线带材表面的Ag合金层并镀覆高强度的Cu层，实现了低成本高强度Bi系超导线带材的制备，降低了Bi系超导线带材成本，提升了Bi系超导线带材的强度，解决了Bi系超导线带材中采用Ag或Ag合金包套导致成本高且强度小的难题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0009]步骤一、表面擦洗：采用乙醇润湿的棉布擦洗Bi系超导线带材的表面，清除热处理过程中Bi系超导线带材表面残留的污物；
[0010]步骤二、电化学抛光：将步骤一中经擦洗后的Bi系超导线带材与稳压电源的正极相连，将石墨电极与稳压电源的负极相连，然后将擦洗后的Bi系超导线带材与石墨电极平行安装在支架上，放入电解液中进行电化学抛光，去除Bi系超导线带材表面的Ag合金层，并在石墨电极表面形成电镀Ag；
[0011]步骤三、残液清洗：将步骤二中经电化学抛光后的Bi系超导线带材浸泡到高纯水内，清洗去除表面残存的电解液；
[0012]步骤四、表面增强：将步骤三中经清洗后的Bi系超导线带材与稳压电源的负极相连，将紫铜片与稳压电源的正极相连，然后将清洗后的Bi系超导线带材与紫铜片平行安装在支架上，放入电化学增材溶液中进行表面增强处理，在Bi系超导线带材表面上形成Cu层，得到低Ag含量高强度Bi系超导线带材。
[0013]本专利技术中起始采用的Bi系超导线带材均采用Ag或/和Ag合金作为包套材料。
[0014]上述的一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述石墨电极的宽度大于Bi系超导线带材宽度或直径的3倍。
[0015]上述的一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述电解液为2g/L～10g/L的AgNO3溶液，且采用氢氧化钠调整AgNO3溶液的pH为3～5。本专利技术通过控制电解液的pH，在实现电化学抛光的同时避免对Bi系超导线带材中超导芯丝的损伤。
[0016]上述的一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述Bi系超导线带材与石墨电极之间的距离为1cm～5cm，所述电化学抛光过程中调节Bi系超导线带材表面的电流密度为0.1A/dm2～10A/dm2，抛光时间为0.1min～30min。
[0017]上述的一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述电化学增材溶液中含有0.1g/L～20g/L硫酸铜和10g/L～50g/L柠檬酸。
[0018]上述的一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述清洗后的Bi系超导线带材与紫铜片之间的距离为2cm～5cm，所述表面增强处理过程中调节Bi系超导线带材表面的电流密度为0.1A/dm2～10A/dm2，处理时间为0.1min～20min。
[0019]上述的一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述Cu层的厚度为10μm～40μm。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0021]1、针对Bi系超导线带材中必须采用贵金属Ag或Ag合金作为包套材料使得Ag含量达到66％～82％导致成本较高的难题，本专利技术先采用电化学抛光法去除Bi系超导线带材表面的Ag合金层，使得Bi系超导线带材中有效Ag含量降低达50％左右，将Bi系超导线带材成
本降低近45％，然后在去除Ag合金层后的Bi系超导线带材表面镀覆高强度的Cu层进行表面增强处理，实现了低成本高强度Bi系超导线带材的制备，其相较于Bi系超导线带材的Ag质量含量降低可达1倍以下，超导临界强度提高可达2倍以上；同时，通过对电化学抛光过程的控制，对靠近超导芯丝的Ag或Ag合金不产生破坏，从而避免Bi系超导线带材的超导性能损失。
[0022]2、本专利技术采用电化学增材方法在Bi系超导线带材表面镀覆高强度的Cu层代替本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、表面擦洗：采用乙醇润湿的棉布擦洗Bi系超导线带材的表面，清除热处理过程中Bi系超导线带材表面残留的污物；步骤二、电化学抛光：将步骤一中经擦洗后的Bi系超导线带材与稳压电源的正极相连，将石墨电极与稳压电源的负极相连，然后将擦洗后的Bi系超导线带材与石墨电极平行安装在支架上，放入电解液中进行电化学抛光，去除Bi系超导线带材表面的Ag合金层，并在石墨电极表面形成电镀Ag；步骤三、残液清洗：将步骤二中经电化学抛光后的Bi系超导线带材浸泡到高纯水内，清洗去除表面残存的电解液；步骤四、表面增强：将步骤三中经清洗后的Bi系超导线带材与稳压电源的负极相连，将紫铜片与稳压电源的正极相连，然后将清洗后的Bi系超导线带材与紫铜片平行安装在支架上，放入电化学增材溶液中进行表面增强处理，在Bi系超导线带材表面上形成Cu层，得到低Ag含量高强度Bi系超导线带材。2.根据权利要求1所述的一种低成本高强度Bi系超导线带材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述石墨电极的宽度大于Bi系超导线带材宽度或直径的3倍。3.根据权利要求1所述的一种低成本高强...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝清滨，姚凯，徐晓燕，李成山，刘国庆，焦高峰，金利华，李珍宝，刘学谦，李高山，冯建情，李建峰，张平祥，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：