CN110634617A - 一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法 - Google Patents

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闫凯鹃
郭强
柳祥
朱燕敏
秦星
刘建伟
李建峰
刘向宏
冯勇
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Abstract

本发明公开了一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法，将嵌入式NbTi/Cu超导线材通过定型模具进行小加工率的冷拉伸，获得高屈服强度和表面质量的NbTi/Cu超导线材，能够解决现有技术中通过高温镶嵌法制备NbTi/Cu超导线材过程中的温度、锡渣带来的负面影响，从而使得嵌入式NbTi/Cu超导线材表面的锡层均匀附着，避免锡层铜槽线裸露等。使得超导线材的表面质量大幅度提高，尺寸精度可提高至±0.005mm，有效提高了MRI用NbTi/Cu超导线材的屈服强度。

Description

一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法。
背景技术
磁共振成像(MRI)是重要的现代医学影像诊疗手段，其核心和基础是NbTi/Cu超导线材，其中嵌入式NbTi/Cu超导线材因具有大铜比、低的铜加工率等优点，使其加工成本低且制备的磁体运行稳定、安全，故成为制备磁共振成像***(MRI)关键部件-超导磁体的主导材料。MRI超导磁体在绕制时会对超导线施加复杂的应力，而且在给磁体充电时，由于其高电流密度，NbTi/Cu超导线材还将承受很大的电磁力，因此MRI磁体要求NbTi/Cu超导线材具有高的屈服强度，防止MRI磁体在使用过程超导线材发生断裂。同时，超导MRI磁体必须达到很高的磁场均匀度才能形成高质量成像，因此超导线材必须具有高表面质量和高尺寸精度，以保证磁体的高稳定性。
传统的嵌入式NbTi/Cu超导线材制备方法是在高温的无铅锡液中镀锡，并通过定形模进行镶嵌焊接获得，该方法主要存在如下缺陷：(1)高温镶嵌过程会导致超导线材的屈服强度降低；(2)由于高温锡液不断产生大量的锡灰和锡渣，嵌入式NbTi/Cu超导线材表面质量较差；(3)由于在高温锡液中通过定形模，镶嵌焊接冷却后，超导线材的尺寸减小，尺寸精度较低。因此，研究提高MRI用NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量对于获得高稳定的MRI超导磁体至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法，具体步骤如下。
(1)根据NbTi/Cu超导线材铜超比、截面尺寸，制备超导圆线和U型铜槽线；
(2)将超导圆线和U型铜槽线浸入锡槽进行焊接，获得嵌入式NbTi/Cu超导线材；
(3)将嵌入式NbTi/Cu超导线材通过定型模具进行小加工率的冷拉伸，获得高屈服强度和表面质量的NbTi/Cu超导线材。
进一步地，冷拉伸方式为将嵌入式NbTi/Cu超导线材水平进入模具。
进一步地，冷拉伸的速度范围为5～30m/min。
进一步地，冷拉伸加工率的范围为2％～20％。
本发明取得的有益效果在于能够解决现有技术中通过高温镶嵌法制备NbTi/Cu超导线材过程中的温度、锡渣带来的负面影响，从而使得嵌入式NbTi/Cu超导线材表面的锡层均匀附着，避免锡层铜槽线裸露等。使得超导线材的表面质量大幅度提高，尺寸精度可提高至±0.005mm，有效提高了MRI用NbTi/Cu超导线材的屈服强度。防止了MRI超导磁体在使用过程中超导线材断裂的问题，保证了超导磁体的高稳定性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供的提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法，按以下步骤进行：
(1)根据NbTi/Cu超导线材铜超比、截面尺寸，制备超导圆线和U型铜槽线，其中超导线材铜超比大于4；超导线材截面尺寸长度范围为1.8～2.3mm，宽度范围为1.1～1.6mm；超导圆线铜超比为0.5～2.0，芯数为54～55芯；
(2)将制备的超导圆线和U型铜槽线浸入锡槽，通过小加工率模具镶嵌焊接，锡液为SnAg合金，SnAg合金的加热温度为230～400℃，拉伸速度范围为10～80m/min，获得嵌入式NbTi/Cu超导线材；
(3)获得嵌入式NbTi/Cu超导线材水平进入冷拉伸模具，加工率在2％～20％，拉伸速度范围为5～30m/min，从而获得高屈服强度和表面质量的NbTi/Cu超导线材。
实施例1
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸1.94×1.12mm，冷拉伸规格为1.94×1.12mm，铜超比为7，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为50m/min，刮锡模的尺寸为1.94×1.12mm，0.2％屈服强度为137MPa，尺寸精度为±0.015mm。
实施例2
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸1.94×1.12mm，冷拉伸规格为1.94×1.12mm，铜超比为7，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为50m/min，刮锡模的尺寸为1.97×1.13mm；经过2％冷拉伸加工率，拉伸速度为10m/min获得满足尺寸要求1.94×1.12mm的高表面质量MRI用NbTi/Cu超导线材，0.2％屈服强度为179MPa，尺寸精度为±0.005mm。
实施例3
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸1.94×1.12mm，冷拉伸规格为1.94×1.12mm，铜超比为7，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为50m/min，刮锡模的尺寸为2.12×1.28mm；经过20％冷拉伸加工率，拉伸速度为30m/min获得满足尺寸要求1.94×1.12mm的高表面质量MRI用NbTi/Cu超导线材，0.2％屈服强度为452MPa，尺寸精度为±0.005mm。
实施例4
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸1.94×1.12mm，冷拉伸规格为1.94×1.12mm，铜超比为7，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为50m/min，刮锡模的尺寸为2.06×1.20mm；经过12％冷拉伸加工率，拉伸速度为20m/min获得满足尺寸要求1.94×1.12mm的高表面质量MRI用NbTi/Cu超导线材，0.2％屈服强度为354MPa，尺寸精度为±0.005mm。
实施例5
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸2.286×1.524mm，铜超比为7.5，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为70m/min，刮锡模的尺寸为2.286×1.524mm，0.2％屈服强度为149MPa，尺寸精度为±0.018mm。
实施例6
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸2.286×1.524mm，冷拉伸规格为2.286×1.524mm，铜超比为7.5，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为70m/min，刮锡模的尺寸为2.305×1.542mm；经过2％冷拉伸加工率，拉伸速度为10m/min获得满足尺寸要求2.286×1.524mm的高表面质量MRI用NbTi/Cu超导线材，0.2％屈服强度为198MPa，尺寸精度为±0.005mm。
实施例7
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸2.286×1.524mm，冷拉伸规格为2.286×1.524mm，铜超比为7.5，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为70m/min，刮锡模的尺寸为2.496×1.744mm；经过20％冷拉伸加工率，拉伸速度为30m/min获得满足尺寸要求2.286×1.524mm的高表面质量MRI用NbTi/Cu超导线材，0.2％屈服强度为461MPa，尺寸精度为±0.005mm。
实施例8
选定设计参数如下：超导线材截面尺寸2.286×1.524mm，冷拉伸规格为2.286×1.524mm，铜超比为7.5，超导圆线的铜超比为1.1，芯数为55芯。将超导圆线和铜槽线通过小加工率模具镶嵌焊接，所用焊料为SnAg，锡液温度为350±5℃，拉伸速度为70m/min，刮锡模的尺寸为2.390×1.654mm；经过12％冷拉伸加工率，拉伸速度为20m/min获得满足尺寸要求2.286×1.524mm的高表面质量MRI用NbTi/Cu超导线材，0.2％屈服强度为374MPa，尺寸精度为±0.005mm。

Claims (4)

1.一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
(1)根据NbTi/Cu超导线材铜超比、截面尺寸，制备超导圆线和U型铜槽线；
(2)将超导圆线和U型铜槽线浸入锡槽进行焊接，获得嵌入式NbTi/Cu超导线材；
(3)将嵌入式NbTi/Cu超导线材通过定型模具进行小加工率的冷拉伸，获得高屈服强度和表面质量的NbTi/Cu超导线材。
2.根据权利要求1所述的一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法，其特征在于：所述冷拉伸方式为将嵌入式NbTi/Cu超导线材水平进入模具。
3.根据权利要求1所述的一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法，其特征在于所述冷拉伸的速度范围为5～30m/min。
4.根据权利要求1所述的一种提高NbTi/Cu超导线材屈服强度和表面质量的方法，其特征在于加工率的范围为2％～20％。
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