CN1785587A - 一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法，涉及内Sn法Nb₃Sn超导股线制备时最终复合坯料中所需要的Ta阻隔层的加入用的复合管的制备方法。特征在于其制备过程为：将加工组装好Cu/Ta/Cu复合包套体，在600－650℃下挤压获得Cu/Ta/Cu复合管材，经矫直、冷却后去掉头、尾制得成品Cu/Ta/Cu复合管材。本发明的方法制备的Cu/Ta/Cu复合管Cu与Ta层间达到了良好的冶金结合。将Cu/Ta/Cu复合管使用在内Sn法Nb₃Sn股线的长线制备中，股线(Φ0.81mm)的单根线长度可达1500m以上，而且加工过程中基本不出现断裂情况。

Description

一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法

技术领域

一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法，涉及内Sn法Nb₃Sn超导股线制备时最终复合坯料中所需要的Ta阻隔层的加入用的复合管的制备方法。

技术背景

多芯Nb₃Sn超导股线是制作10T以上超导磁体最理想的高场超导材料之一。采用内Sn法工艺制备这种股线近年来受到人们高度重视，它不仅克服了青铜法制备工艺中需要多次退火的缺点，而且超导性能比后者更加优异。在内Sn法工艺中，首先制备出具有Sn芯的多芯Cu/Nb复合体(亚组元)，再将19(或37或61)根这样的亚组元集束装入含有Ta层的Cu/Ta/Cu复合管中构成最终坯料，然后加工这种最终坯料至所需的复合股线尺寸后进行Nb₃Sn的生成热处理。在热处理中Sn与Cu生成Sn青铜后，青铜中的Sn与Nb固态扩散生成Nb₃Sn层。股线中的Ta层作为理想的阻隔材料，是防止热处理过程中Sn污染Ta层外对超导股线起稳定作用的纯Cu区，因此Ta阻隔层的加入是股线制备的关键技术之一。

如何使Cu/Ta/Cu复合管中Ta层与Cu结合好，使复合股线加工中Ta层不易破裂，并且能有效控制Ta层的厚度与Ta层外Cu区的厚度，使复合管材在内Sn法Nb₃Sn复合股线制备中有利于长线加工和Cu比的控制十分重要。

发明内容

本发明的目的就是为了制备出Ta层与Cu之间具有良好的冶金结合，使随后的复合股线加工中Ta层不易破裂，且能够控制Ta层的厚度与Ta层外Cu区的厚度，有利于长线加工和Cu比的控制的含有Ta层的Cu/Ta/Cu复合管的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法，特征在于其制备过程为：

(a)将加工好的外壳Cu管、Ta管和内衬Cu管酸洗、脱水、烘干后；依次按次序组装成Cu/Ta/Cu复合包套体，复合包套的上下两端有Cu片盖封；采用真空电子束焊接设备对复合包套体进行封焊，整个封焊过程在10^-3Pa以上的真空下进行；

(b)将真空封焊后的复合包套在600-650℃下挤压获得Cu/Ta/Cu复合管材，挤压比控制为7-11；

(c)在管材矫直机上对挤压管材进行矫直，冷却后去掉头、尾即可获得成品Cu/Ta/Cu复合管材。

本发明的方法制备的Cu/Ta/Cu复合管，由于这种复合管是采用热挤压技术获得，位于内外Cu区之间的Ta层与Cu之间具有良好的冶金结合，Ta层的厚度与内外Cu区的厚度可以人为控制。在随后的复合股线加工过程中Ta阻隔层不易破裂。而且，Ta层的厚度与Ta层外Cu区的厚度可以人为控制，因此这种含Ta层的Cu/Ta/Cu复合管的制备方法对内Sn法工艺中复合股线的长线加工和Cu比的控制十分有利。将Cu/Ta/Cu复合管使用在内Sn法Nb₃Sn股线的长线制备中，股线(Φ0.81mm)的单根线长度可达1500m以上，而且加工过程中基本不出现断裂情况。

附图说明

本发明的一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法的Cu/Ta/Cu复合包套装配图。

具体实施方式

一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法，其制备过程为：采用纯度分别为99.995％和99.95％的Cu管坯加工成所需尺寸的Cu外壳9和内衬Cu管10；纯度为99.95％的Ta加工成所需尺寸的Ta管11(退火态)；再进行酸洗、脱水、烘干后装成Cu/Ta/Cu的复合包套，复合包套的上下两端有纯度为99.95％的Cu盖12、13；采用真空电子束焊接设备对复合包套进行真空封焊；整个封焊过程在10^-3Pa以上的真空下进行；再将真空封焊后的复合包套在600-650℃下挤压获得Cu/Ta/Cu复合管材，挤压比控制为7-11；最后在管材矫直机上对挤压管材进行矫直，冷却后去掉头、尾即可获得成品Cu/Ta/Cu复合管材。

下面结合实例对本发明的方法作进一步说明。

实例1

首先将纯度为99.995％和99.95％的Cu管坯分别加工成外经Φ98.5mm、内经Φ35.5mm、高220mm的外壳和外经Φ29.9mm、内经Φ20.1mm、高220mm内衬管以及上、下Cu盖，同时用99.95％的Ta加工成外经Φ35.5mm、内经Φ30.0mm、高200mm的Ta管。再将上述所获得的Cu组件及Ta管酸洗、脱水并烘干后组装成Ta管位于Cu外壳和内衬管之间的带有上下Cu盖的Cu/Ta/Cu复合包套；组装好的复合包套在真空电子束焊接设备中进行封焊，整个封焊过程是在10^-3Pa以上的真空下进行。封焊后的复合包套经He质谱仪检漏确认焊缝质量合格后，在600℃下挤压成外经Φ35.0mm，内经Φ19.0mm的Cu/Ta/Cu复合管，挤压比为10.7。挤压获得的复合管经管材矫直机矫直，矫直温度～300℃，最后切掉管材头尾得到成品Cu/Ta/Cu复合管材。在此复合管中Ta层厚度～0.4mm，Ta层外的Cu区与整个管材的横截面积之比R为0.68。金相观察复合管的纵横截面，Ta层厚度均匀，与内外Cu区达到了良好的冶金结合。

根据内Sn法Nb₃Sn股线的不同设计参数，通过调整复合包套相应组件的尺寸可以满足各种Ta层厚度和R值的设计要求。

将Cu/Ta/Cu复合管材使用在内Sn法Nb₃Sn股线的长线加工中，复合股线(Φ0.81mm)单根线长度可达1500m以上，加工过程中基本不出现断裂情况。在Φ0.81mm复合股线中Ta阻隔层的厚度为6-7μm，复合股线使用HNO₃与水的混合液腐蚀未见Ta层破裂。这种复合股线经过Nb₃Sn生成热处理(总热处理时间约为400小时)后，能谱分析显示Ta层外的纯Cu区未受到Sn的污染。

实例2

复合包套各组件材料纯度、尺寸、制备方法、组装和封焊情况同实例1。不同的是，在Cu/Ta/Cu复合管材挤压工艺中，将热挤压温度由实例1中的600℃调高至650℃，挤压比为7。所获得的Cu/Ta/Cu成品复合管材纵横截面经金相观察，Ta层厚度均匀，与内外Cu区达到了良好的冶金结合。Cu/Ta/Cu复合管材使用在内Sn法Nb₃Sn股线的长线加工情况、HNO₃水溶液腐蚀股线后的Ta层情况、复合股线经过Nb₃Sn生成热处理(同实例1)后Ta层外Cu区的能谱分析结果等与实例1相同。

实例3

复合包套各组件材料的纯度、制备方法、组装、真空封焊、热挤压温度等同实例1，只是复合包套各组件的尺寸有所不同：Cu外壳外经Φ98.5mm、内经Φ44.5mm、高220mm；内衬管外经Φ41.0mm、内经Φ31.0mm、高220mm；Ta管外经Φ44.5mm、内经Φ41.0mm、高200mm。使用这些组件所得到的复合包套经真空封焊、热挤压获得外径Φ45.0mm、内径Φ30.0mm的Cu/Ta/Cu复合管，管材挤压比为7.8。在管材矫直后经切头去尾的成品复合管中，Ta层厚度～0.3mm，Ta层外的Cu区与整个管材的横截面积之比R为0.55。使用金相观察成品复合管的纵横截面，Ta层厚度均匀，与内外Cu区达到了良好的冶金结合，Cu/Ta/Cu复合管材使用在内Sn法Nb₃Sn股线的长线加工情况、HNO₃水溶液腐蚀股线后的Ta层情况、复合股线经过Nb₃Sn生成热处理(同实例1)后Ta层外Cu区的能谱分析结果等与实例1相同。

附图中1、2、3、4、5、6、7、8为焊缝。

Claims (1)

1.一种Cu/Ta/Cu复合管的制备方法，特征在于其制备过程为：

(a)将加工好的外壳Cu管、Ta管和内衬Cu管酸洗、脱水、烘干后；依次按次序组装成Cu/Ta/Cu复合包套体，复合包套的上下两端有Cu板盖封；采用真空电子束焊接设备对复合包套体进行真空封焊，整个封焊过程在10^-3Pa以上的真空下进行；

(b)将真空封焊后的复合包套在600-650℃下挤压获得Cu/Ta/Cu复合管材，挤压比控制为7-11；

(c)在管材矫直机上对挤压管材进行矫直，冷却后去掉头、尾即可获得成品Cu/Ta/Cu复合管材。

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