CN110223803A - 一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，包括：在无氧铜底垫上根据多芯复合锭中Nb芯棒的直径、数量、排布加工定位孔；将清洁后的Nb棒***清洁后的无氧铜底垫的定位孔中；将插有Nb棒的无氧铜底垫放入浇铸模具底部，将熔化的铜熔液浇铸至模具内部，直至高于Nb棒并留有补缩冒口为止；将冷却后的铸锭进行脱模，锯切掉端部冒口，用车床将铸锭表面车光，得到CuNb复合锭。本发明一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，通过在无氧铜锭浇铸时在模具底部放入插有Nb棒的无氧铜底垫，直接浇铸得到CuNb复合锭，省去了钻孔、组装、焊接等一系列工序，工艺简单，成品率高，大幅降低Nb3Sn超导线材的制造成本。
Description
技术领域
本发明属于超导材料加工方法技术领域，具体涉及一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法。
背景技术
Nb3Sn超导线材是目前最为实用的低温超导材料之一，是制造高场磁体的理想材料。Nb3Sn超导线材的制备工艺主要有青铜法、内锡法和粉末装管法。内锡法Nb3Sn多芯复合锭的制备方法主要有两种，一种首先经过组装、挤压、拉拔得到CuNb单芯棒，再经过一次组装得到多芯复合锭，其工艺复杂，成品率低。另一种是在无氧铜锭上钻一定数量的圆孔得到多孔铜锭，再将Nb棒***多孔铜锭中得到多芯复合锭。其中授权公告号为CN104123998的发明专利公开了一种内锡法Nb3Sn用多芯CuNb复合棒的制备方法，包括以下步骤：选取无氧铜锭作为坯锭，采用深孔钻的方法沿坯锭长度方向钻多层均匀分布的若干通孔，得到多孔铜锭；将清洗后的Nb棒***清洗后的多孔铜锭通孔中，各层通孔中的Nb棒呈阶梯分布，在Nb棒两端***Cu棒与多孔铜锭两端平齐，加上封盖封焊，得到多芯复合包套；最后加热后进行挤压，即得。但是该方法工艺简单，成品率稳定，但对钻孔精度要求极高，容易出现钻孔偏差导致整个坯锭报废的情况，使得多孔铜锭价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法。
本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)：在无氧铜底垫上根据多芯复合锭中Nb芯棒的直径、数量、排布加工定位孔；
步骤2)：将清洁后的Nb棒***清洁后的步骤1)得到的无氧铜底垫的定位孔中；
步骤3)：将步骤2)得到的插有Nb棒的无氧铜底垫放入浇铸模具底部，将熔化的铜熔液浇铸至模具内部，直至高于Nb棒并留有补缩冒口为止并冷却；
步骤4)：将冷却后的步骤3)得到的铸锭进行脱模，锯切掉端部冒口，用车床将铸锭表面车光，即得CuNb复合锭。
本发明通过在无氧铜锭浇铸时在坩埚底部放入插有Nb棒的无氧铜底垫，直接浇铸得到CuNb复合锭，省去了钻孔、组装、焊接等一系列工序，工艺简单，成品率高，大幅地降低Nb3Sn超导线材的制造成本。
进一步，本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，所述步骤1)中无氧铜底垫厚度为50mm～100mm，直径为Φ160mm～Φ310mm。
进一步，本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，所述的定位孔深度为20mm～50mm，直径为Φ3mm～Φ15mm，数量为150～800个。
进一步，本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，所述步骤2)中Nb棒，其直径与数量与定位孔的直径与数量对应，所述Nb棒的长度为300mm～700mm。
进一步，本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，所述步骤3)中铜熔液的浇铸高度高于Nb棒顶端100～200mm。
进一步，本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，所述步骤3)中铜溶液的浇铸温度为1100～1200℃，浇铸时间2～5分钟，模具为水冷铜模，冷却水水压不低于0.2MPa。
进一步，本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，所述步骤4)中车光后的成品铸锭直径为Φ150mm～Φ300mm，长度为350mm～750mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，通过在无氧铜锭浇铸时在坩埚底部放入插有Nb棒的无氧铜底垫，直接浇铸得到CuNb复合锭，省去了钻孔、组装、焊接等一系列工序，工艺简单，成品率高，大幅降低Nb3Sn超导线材的制造成本。
附图说明
图1是本发明CuNb复合锭的截面示意图，
其中1是无氧铜，2是Nb棒。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：本实施例1的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1)：取厚度为50mm，直径为Φ160mm的无氧铜块作为底垫，采用ZK5150立式钻床配键槽铣刀在底垫上根据多芯复合锭中Nb芯棒的排布加工深度为20mm，直径为Φ5mm的定位孔150个；
步骤2)：将直径为Φ5mm，长度为300mm的150个Nb棒进行清洁，并***清洁后的步骤1)得到的无氧铜底垫的定位孔中；
步骤3：将步骤2)得到的插有Nb棒的无氧铜底垫放入直径为Φ160mm的水冷铜模底部，冷却水水压0.3MPa，将熔化的温度为1100℃的铜熔液浇铸至模具内部，浇铸时间2分钟，直至高于Nb棒100mm并预留补缩冒口高度为止；
步骤4：待步骤3)得到的铸锭完全冷却后，将水冷铜模吊出，锯切掉铸锭端部冒口，用CW6163C型车床将铸锭表面及端部车光，即得直径为Φ150mm长度为350mm的成品CuNb复合锭。(
本发明的一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，通过浇铸直接获得CuNb复合锭，工艺简单，成品率高，大幅降低Nb3Sn超导线材的制造成本。制备的CuNb复合锭内部经探伤检测无明显气孔，复合锭挤压后芯丝变形均匀性与钻孔法相比无明显差别，制得的Nb3Sn超导线材各项性能指标良好，满足要求。实施例2
步骤1)：取厚度为70mm，直径为Φ260mm的无氧铜块作为底垫，采用ZK5150立式钻床配键槽铣刀在底垫上根据多芯复合锭中Nb芯棒的排布加工深度为30mm，直径为Φ15mm的定位孔200个；
步骤2)：将直径为Φ15mm，长度为500mm的Nb棒进行清洁，***清洁后的步骤1)得到的无氧铜底垫的定位孔中；
步骤3)：将步骤2)得到的插有Nb棒的无氧铜底垫放入直径为Φ260mm的水冷铜模底部，冷却水水压0.2MPa，将熔化的温度为1150℃的铜熔液浇铸至模具内部，浇铸时间3分钟，直至高于Nb棒150mm并预留补缩冒口高度为止；
步骤4)：待步骤3)得到的铸锭完全冷却后，将水冷铜模吊出，锯切掉铸锭端部冒口，用CW6163C型车床将铸锭表面及端部车光，即得直径为Φ250mm，长度为550mm的成品CuNb复合锭。
实施例3
步骤1)：取厚度为100mm，直径为Φ310mm的无氧铜块作为底垫，采用ZK5150立式钻床配键槽铣刀在底垫上根据多芯复合锭中Nb芯棒的排布加工深度为50mm，直径为Φ3mm的定位孔800个；
步骤2)：将直径为Φ3mm，长度为700mm的Nb棒进行清洁，***清洁后的步骤1)得到的无氧铜底垫的定位孔中；
步骤3)：将步骤2)得到的插有Nb棒的无氧铜底垫放入直径为Φ310mm的水冷铜模底部，冷却水水压0.4MPa，将熔化的温度为1200℃的铜熔液浇铸至模具内部，浇铸时间5分钟，直至高于Nb棒200mm并预留补缩冒口高度为止；
步骤4)：待步骤3)得到的铸锭完全冷却后，将水冷铜模吊出，锯切掉铸锭端部冒口，用CW6163C型车床将铸锭表面及端部车光，即得直径为Φ300mm，长度为750mm的成品CuNb复合锭。
Claims (7)
1.一种Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：在无氧铜底垫上根据多芯复合锭中Nb芯棒的直径、数量、排布加工定位孔；
步骤2)：将清洁后的Nb棒***清洁后的步骤1)得到的无氧铜底垫的定位孔中；
步骤3)：将步骤2)得到的插有Nb棒的无氧铜底垫放入浇铸模具底部，将熔化的铜熔液浇铸至模具内部，直至高于Nb棒并留有补缩冒口为止并冷却；
步骤4)：将冷却后的步骤3)得到的铸锭进行脱模，锯切掉端部冒口，用车床将铸锭表面车光，即得CuNb复合锭。
2.根据权利要求1所述的Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中无氧铜底垫厚度为50mm～100mm，直径为Φ160mm～Φ310mm。
3.根据权利要求2所述的Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，其特征在于，所述的定位孔深度为20mm～50mm，直径为Φ3mm～Φ15mm，数量为150～800个。
4.根据权利要求1所述的Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中Nb棒，其直径与数量与定位孔的直径与数量对应，所述Nb棒的长度为300mm～700mm。
5.根据权利要求1所述的Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中铜熔液的浇铸高度高于Nb棒顶端100～200mm。
6.根据权利要求1所述的Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中铜溶液的浇铸温度为1100～1200℃，浇铸时间2～5分钟，模具为水冷铜模，冷却水水压不低于0.2MPa。
7.根据权利要求1所述的Nb3Sn超导线材用多芯复合锭的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中车光后的成品铸锭直径为Φ150mm～Φ300mm，长度为350mm～750mm。
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