CN116586456A - 一种超导复合锭的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超导材料制备技术领域，公开了一种超导复合锭的加工方法。本发明提供了一种超导复合锭的加工方法，用于针对同一批次的超导复合锭加热加工，取其中一个超导复合锭进行钻孔处理，然后探得该同一批次的超导复合锭的加热参数，采用加热参数对该同一批次的超导复合锭进行加热加工。本发明克服了现有技术存在的超导材料复合锭加热参数未知，加热后超导材料复合锭温度不均匀或加热效率较低的问题。

Description

一种超导复合锭的加工方法
技术领域
本发明属于超导材料制备技术领域，公开了一种超导复合锭的加工方法。
背景技术
NbTi/Cu超导线材是MRI磁体中的重要部件，常规加工流程包括组装、挤压及拉拔。其中，挤压是实现超复合材料有效结合及减径的重要手段，挤压前的加热占据了该工序中95%以上的时间，因此，如何在挤压前高效率的获得温度均匀的超导复合锭尤为重要。对于NbTi/Cu超导复合锭，由于NbTi和Cu之间热导率的差异以及组装过程中孔隙的存在，加热过程中各点温度差异较大，通过计算机进行加热参数的模拟十分困难。当加热时间不足时，复合锭各点温度存在差异，挤压过程中存在以下风险：1. NbTi芯丝变形不均匀，Jc性能较低；2. 挤压过程中分层，最终线材成品率较低；3. 存在挤压“闷车”风险。加热时间过长则会严重影响生产效率。由此，如何对超导复合锭的进行加工，控制超导复合锭的加热过程，避免加热时间不足或过长的问题，对NbTi/Cu超导线材的批量化生产具有重要意义。
发明内容
为克服现有技术存在的超导材料复合锭加热参数难以模拟，加热后超导材料复合锭温度不均匀或加热效率较低的问题，本发明提供了一种超导复合锭的加工方法。通过本发明提供的方法能够对批量化生产中超导材料复合锭的加热参数进行获取，从而获得能使得批量化生产中超导材料复合锭避免各点实际温度差异过大的加热参数，实现超导材料复合锭挤压前的高效率均匀加热。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一方面，本发明涉及一种超导复合锭的加工方法，用于超导材料批量化生产中同一批次的超导复合锭的加热加工，其包括：选用所述同一批次的超导复合锭中的任一复合锭作为标温锭；
所述标温锭的高度为H，直径为D；
将标温锭钻6个孔，轴向依次标记为为a、b、c、d、e和f；
所述a、b、c、d、e和f均与标温锭的中轴线垂直，轴向相邻孔之间的轴向间距为1/5H，a、b、c之间或e、d、f之间相互形成的径向夹角均为120°；
所述a、b、c、d、e和f孔的深度分别为10mm、1/4D、1/2D、1/2D、1/4D、10mm；
对所述标温锭进行加热并记录所述a、b、c、d、e和f孔中的温度，获得加热参数，采用所述加热参数对所述同一批次的超导复合锭进行加热，然后进行挤压和冷拉拔，获得超导线材。
进一步地，本发明提供的超导复合锭的加工方法中，所述超导复合锭为NbTi/Cu一次复合锭或NbTi/Cu二次复合锭。
进一步地，本发明提供的超导复合锭的加工方法中，所述加热为阶梯加热，所述阶梯加热包括3段加热，第一段加热温度低于目标温度，第二段加热温度高于目标温度，第三段加热温度等于目标温度，记录加热温度和时间，作为所述同一批次的超导复合锭进行加热的参数。第一段加热温度低于目标温度，避免加热速度过快，导致各孔温差过大；第二段加热温度高于目标温度，用于加快速度，减少加热时间；第三段加热温度等于目标温度，使得各孔温度均匀达到目标温度。
进一步地，本发明提供的超导复合锭的加工方法中，所述目标温度为T℃，所述阶梯加热包括：第一段将加热温度设置为4/5T℃，待时间t1后所述a、b、c、d、e和f孔温度的最低值到达设置温度（2/3T±40）℃；然后，将加热温度设置为2/3T℃，待时间t2后所述a、b、c、d、e和f孔的温度均在（2/3T±20）℃，完成本阶段加热；
第二段将温度设置为T＋200℃，待时间t3后所述a、b、c、d、e和f孔温度的最高值达到（T±20）℃；
然后，将加热温度设置为T℃，待时间t4后所述a、b、c、d、e和f孔的温度达到（T±10）℃后即完成加热。第一段设置2次分别为4/5T℃和2/3T℃的加热，能够实现尽快加热的同时，避免各点实际温度差异过大。
进一步地，本发明提供的超导复合锭的加工方法中，所述同一批次的超导复合锭进行加热的方法包括：初始设置温度为4/5T℃；在第t1min时将设置温度更改为2/3T℃；在第t2min时，将设置温度更改为（T+200）℃；在第t3min时，将设置温度更改为T℃；在第t4min时完成加热。
本发明选用超导材料批量化生产中任一复合锭作为标温锭，采用阶梯加热的方式，实时监测各点实测温度，并记录加热时间，可有效的获得各种复合材料的均匀加热的参数，实现了超导材料复合锭的高效率加热。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具备下述的有益效果或优点：
本发明超导材料批量化生产中任一复合锭作为标温锭，采用阶梯加热的方式，实时监测各点实测温度，并记录加热时间，可有效的获得同一方法制得的超导材料能够得到均匀加热的参数，实现超导材料复合锭的高效率均匀加热。经标温锭获得加热参数后对同类型复合锭可进行批量化加热，整个挤压过程无闷车等异常情况发生，最终成品率为85.3~87.5%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中标温锭中钻孔位置沿a孔所在轴线的展开图。
图2是本发明中标温锭中钻孔位置的俯视图。
图3是本发明中加热参数设置曲线示意图。
附图标记说明如下：a、b、c、d、e和f为对标温锭中不同的钻孔位置，箭头表示钻孔深度。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
本发明提供了获得NbTi/Cu一次复合锭加热参数的实施过程。
S1、将规格为Φ305/Φ240 mm的无氧铜包套和Φ237 mm的NbTi棒进行组装、真空电子束焊接及热等静压，获得NbTi/Cu一次复合锭。热等静压参数为保温温度为620℃，保温时间为6h，压力160MPa。
S2、将步骤S1得到的NbTi/Cu复合锭按图1和图2所示位置进行钻孔，共钻a、b、c、d、e和f 共6个直径为Φ5mm的孔后，获得高度为900mm，直径为300mm的标温锭；6个孔（a、b、c、d、e和f）均与标温锭中轴线垂直，相邻孔之间轴向间距为180mm，除c与d之间夹角为180°外，其余相邻孔之间夹角均为120°。a、b、c、d、e和f孔的深度分别为10mm、75mm、150mm、150mm、75mm、10mm。
S3、将步骤S2标温锭垂直放入电阻炉中，并将测温范围为0~1300℃的K型热电偶分别***孔中。
S4、开始加热，目标温度为900℃，根据实际温度变化对物料进行阶梯加热，阶梯加热如图3所示。
第一段将温度设置为720 ℃，在第80min时，c点温度（6点中最低温度）到达560℃，然后将温度设置为600 ℃；第100min时，所有位置的温度均在580~620 ℃，完成本阶段加热；
第二段将温度设置为1100 ℃，在第260min时，5点温度的最高值a点到达890 ℃；
然后将温度设置为900 ℃，在第340min时，5点温度均达到（900±10）℃后，复合锭加热完成，记录加热时间、设置温度及实测温度变化曲线。
S5、批量化生产中，对同类型的NbTi/Cu复合锭进行加热时，其参数为：初始设置温度为720℃；在第80min时将设置温度更改为600℃；在第100min时，将设置温度更改为1100℃；在第260min时，将设置温度更改为900℃；在第340min时完成加热，随后进行挤压和冷拉拔，最终获得NbTi/Cu复合线材。
经标温锭获得加热参数后对同类型复合锭可进行批量化加热，整个挤压过程无闷车等异常情况发生，最终成品率为87.5%。
实施例2
本发明提供了获得NbTi/Cu二次复合锭加热参数的实施过程。
S1、将规格为Φ188/Φ140mm的无氧铜包套和H20mm的单芯棒进行组装、真空电子束焊接及热等静压，获得NbTi/Cu二次复合锭。热等静压参数为保温温度为620℃，保温时间为6h，压力180MPa。
S2、将步骤S1 NbTi/Cu复合锭按图1和图2所示位置进行钻孔，共钻a、b、c、d、e和f共6个直径为Φ3mm的孔后，获得高度为500mm，直径为184mm的标温锭；6个孔（a、b、c、d、e和f）均与标温锭中轴线垂直，相邻孔之间轴向间距为100mm，除c与d之间夹角为180°外，其余相邻孔之间夹角均为120°。a、b、c、d、e和f孔的深度分别为10mm、46mm、90mm、90mm、46mm、10mm。
S3、将步骤S2 标温锭垂直放入电阻炉中，并将测温范围为0~1300℃的K型热电偶分别***孔中。
S4、开始加热，目标温度为720℃，根据实际温度变化对物料进行阶梯加热，阶梯加热如图3所示。
第一段将温度设置为576 ℃，在第50min时，d点温度（6点中最低温度）到达470℃，然后将温度设置为480 ℃；第80min时，所有位置的温度均在460~500 ℃，完成本阶段加热；
第二段将温度设置为920 ℃，在第150min时，5点温度的最高值f点到达710 ℃；
然后将温度设置为720 ℃，在第200min时，5点温度均达到（720±10）℃后，复合锭加热完成，记录加热时间、设置温度及实测温度变化曲线。
S5、批量化生产中，对同类型的NbTi/Cu复合锭进行加热时，其参数为：初始设置温度为576℃；在第50min时将设置温度更改为480℃；在第80min时，将设置温度更改为920℃；在第150min时，将设置温度更改为720℃；在第200min时完成加热，随后进行挤压和冷拉拔，最终获得NbTi/Cu复合线材。
经标温锭获得加热参数后对同类型复合锭可进行批量化加热，整个挤压过程无闷车等异常情况发生，最终成品率为86.3%。
如上所述，较好的描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。上述实施例和说明书仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种超导复合锭的加工方法，用于超导材料批量化生产中同一批次的超导复合锭的加热加工，其特征在于，包括：选用所述同一批次的超导复合锭中的任一复合锭作为标温锭；
所述标温锭的高度为H，直径为D；
将标温锭钻6个孔，轴向依次标记为为a、b、c、d、e和f；
所述a、b、c、d、e和f均与标温锭的中轴线垂直，轴向相邻孔之间的轴向间距为1/5H，a、b、c之间或e、d、f之间相互形成的径向夹角均为120°；
所述a、b、c、d、e和f孔的深度分别为10mm、1/4D、1/2D、1/2D、1/4D、10mm；
对所述标温锭进行加热并记录所述a、b、c、d、e和f孔中的温度，获得加热参数，采用所述加热参数对所述同一批次的超导复合锭进行加热，然后进行挤压和冷拉拔，获得超导线材。
2.根据权利要求1所述的超导复合锭的加工方法，其特征在于，所述超导复合锭为NbTi/Cu一次复合锭或NbTi/Cu二次复合锭。
3.根据权利要求1所述的超导复合锭的加工方法，其特征在于，所述加热为阶梯加热，所述阶梯加热包括3段加热，第一段加热温度低于目标温度，第二段加热温度高于目标温度，第三段加热温度等于目标温度，记录加热温度和时间，作为所述同一批次的超导复合锭进行加热的参数。
4.根据权利要求3所述的超导复合锭的加工方法，其特征在于，所述目标温度为T℃，所述阶梯加热包括：第一段将加热温度设置为4/5T℃，待时间t1后所述a、b、c、d、e和f孔温度的最低值到达设置温度2/3T±40℃；然后，将加热温度设置为2/3T℃，待时间t2后所述a、b、c、d、e和f孔的温度均在2/3T±20℃，完成本阶段加热；
第二段将温度设置为T＋200℃，待时间t3后所述a、b、c、d、e和f孔温度的最高值达到T±20℃；
然后，将加热温度设置为T℃，待时间t4后所述a、b、c、d、e和f孔的温度达到T±10℃后即完成加热。
5.根据权利要求4所述的超导复合锭的加工方法，其特征在于，所述同一批次的超导复合锭进行加热的方法包括：初始设置温度为4/5T℃；在第t1min时将设置温度更改为2/3T℃；在第t2min时，将设置温度更改为T+200℃；在第t3min时，将设置温度更改为T℃；在第t4min时完成加热。
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