通过Nb，Ti扩散反应制备不同成分的超导体

利用Nb片和Ti片交替组配加工,经扩散反应制备了Ti含量在42.56%-56.62%之间的3种不同成分的NbTi超导线。运用扫描电镜(SEM)观察了Nb/Ti界面的扩散形态及微结构,并对热处理工艺和不同Ti含量对临界电流密度(Jc)的影响进行了讨论。结果表明:随着Ti含量增加,可提高超导线在低场(<5T)时的临界电流密度Jc。该工艺制备的NbTi超导线材的Jc可达到2800A/mm2(5T,4.2K)和4200A/mm2(3T,4.2K)。随着Ti含量的增加,试样的Jc在低场时很高,而在高场时的性能偏低,且下降迅速,而Ti含量低的试样的Jc衰减相对缓慢些。对Ti含量较高的合金,在一定温度下,选用较短的热处理时间,可获得高的Jc,对Ti含最较低的合金,则要求较长热处理时间。     

高临界电流密度、低损耗Cu5Ni基NbTi线材制备技术研究

重离子装置中的加速器磁体均服役在±2.25T/s的高速脉冲条件下,因此要求该种磁体所用的超导线材具有较高的临界电流和较低的损耗。针对项目需求,本文设计及制备了两种新型结构的NbTi/Cu5Ni超导线材,芯数分别为12960芯和10800芯、铜比2.0、芯丝直径均小于5 μm。系统研究了两种新型结构超导线的芯丝截面形貌、芯丝表面形貌、磁滞损耗及不同时效热处理下的临界电流密度和n值。通过优化工艺后获得了Jc(5 T、4.2 K)为2902 A/mm_²,Qh(4.2 K,± 3T)为34.2 mJ/cm_³ 的千米级NbTi/Cu5Ni超导长线,并可实现批量化生产,为重离子装置的研制提供材料基础。     

超导磁屏蔽用NbTi/Cu复合多层材的开发及应用

目前磁屏蔽主要使用铁、铜、铝这类常导体金属,而随屏蔽磁场的强度、变化频率的不同,应选用不同的屏蔽材料。在永久磁体的静磁场中,     

热压条件下 Cu／Al复合带界面扩散反应研究

研究了经冷轧复合的Cu/Al复合带在热压温度为500℃、实际压下率为0％～35％变形条件下的铜铝界面扩散反应。结果表明,在此界面扩散反应的过程中,存在晶界扩散机制。 Cu/Al复合界面扩散反应生成相次序受相变热力学和扩散动力学两方面因素共同控制,不但与各相生成吉布斯自由能有关,而且遵守通量-能量原则。虽然增加压下率对界面扩散层的生长起到一定的促进作用,但温度仍然是其主要影响因素。     

Nb／Ti扩散研究

研究了Nb／Ti扩散的特性和机理以及经过相同时间、不同温度时效热处理的Nb／Ti扩散偶样品中NbTi合金层的厚度、保温结束后淬火与炉冷的扩散偶样品中NbTi合金层微观结构的区别，讨论了它们对NbTi超导体微观结构和性能的影响。研究表明通过选择合适的扩散制度能获得理想的微观结构和制备出高性能的NbTi超导线材。     

TB2/Cu/TB2扩散焊的界面反应

通过ＯＭ,ＳＥＭ,ＸＲＤ,ＥＤＭＡ等分析测试手段,对膝用Ｃｕ箔作蹭夹层的ＴＢ２扩散焊界面组织、反应相生成及其生长规律进行了分析。仍照Ｃｕ－Ｔｉ二元相图,选择扩散焊温度分别为１１２３Ｋ,１１７３Ｋ和压力为５ＭＰａ,经３０,６９。１２０ｍｉｎ扩散焊后,Ｃｕ与Ｔｉ分别生成Ｃｕ３Ｔｉ２,ＣｕＴｉ,ＣｕＴｉ３,这三者都硬而脆,尤其是ＣｕＴｉ３的生成使界面性能严重恶化。     

Cu在Ni-Mo-P镀层的低温扩散行为

通过化学镀的方法在Cu基底上制备了不同晶态的Ni-Mo-P镀层,对Ni-1.0 at%Mo-17.0 at%合金镀层进行了200~600℃的真空热处理后,利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、俄歇电子能谱仪、能量散射谱仪对样品的厚度、成分、物相结构进行了表征与分析。结果表明,随着P含量的增加,合金镀层的晶态由结晶到混晶、非晶转变。随着热处理温度的增加,镀层本身结晶性提高,Cu原子扩散到镀层中,从而影响镀层的晶态。通过计算可得,400和500℃时,Cu扩散量为4.14 at%、6.14 at%。Cu在Ni-1.0 at%Mo-17.0 at%合金镀层中的扩散激活能为1.11 eV。     

Al-Cu扩散偶的界面反应

用"铆钉法"制备了界面为曲面的Al-Cu二元扩散偶,将扩散偶于真空退火炉中在不同工艺条件下进行热处理;利用彩色金相、显微硬度测试方法对扩散偶界面区域进行了观察测试。结果表明,Al-Cu扩散偶在500℃下保温25～125h和520℃下保温25～100h的热处理条件下界面形成了厚度均匀的扩散层,扩散层包括3个亚层;在520℃下保温125h时界面扩散层靠近Al基体一侧形成共晶组织,并迅速向Al基体内部扩展;扩散层的显微硬度明显高于Al、Cu基体,说明形成了脆性的金属间化合物。     

Ti-Ni-Cu三元扩散偶的界面研究

采用"铆钉法"制备了界面为曲面的Ti-Ni-Cu三元扩散偶,使用光镜和扫描电镜,结合电子探针微区元素分析技术,对扩散反应进行了分析.结果表明,Ti-Ni-Cu三元扩散偶在973 K反应200h,共生成了10个扩散溶解反应层,其中包括两个Ti-Ni二元金属间化合物(Ti2Ni,TiNi);3个Ti-Cu二元金属间化合物(TiCu,Ti3Cu4和TiCu4);5个Ti-Ni-Cu三元金属间化合物(TiNi2Cu,CuNi29Ti10,Cu3NiTi8,Cu12NiTi7,Ti50Ni32Cu18).     

片层法制备的NbTiTa/Cu超导体在3.0、4.2K的临界电流密度

将钛片、铌片和钽片在铜包套中按…TiTaNbTaTi…次序周期排列,通过4次挤压制成NbTiTa/Cu超导复合体,然后对复合体交替进行拉拔减径和时间分别为40、50、60、70h的时效热处理.在3.0、4.0K下随着最终附加应变的增加,NbTiTa/Cu超导线材的临界电流密度显著提高;在3.0 K、11T磁场中,1.25 mm直径线材的临界电流密度为350 A/mm2,表明采用片层法制备的NbTiTa/Cu超导线材具有高的上临界场.     

DIFFUSION REACTIONS BETWEEN Cu AND NbTi-ALLOY

Diffusion reaction of superconductig composite NbTi/Cu assembled both mechanicallyand metallurgically,diffusion couples Ti/Cu and Nb/Cu have/been studied by means ofEPMA.The results indicate that the initial interface state of thecomposite NbTi/Cu significantly affects the forming process of intermetallic compounds atthe interface.In comparison with the metallurgically bound composite,the intermetallic com-pounds forms at a higher temperature in mechanically bound one.Therefore.the mechanicalhinding process is beneficial to the production of NbTi/Cu superconducting composite.No intermetallic compounds have been observed in Nb/Cu system.The morphology ofintermetallic phases and the sequence in which they form in Ti/Cu system are somewhatdifferent from that in NbTi/Cu.The relationship between the thickness of compound layerand annealing time obeys the rule of y~(1.5) ∝ t.     

NbTi合金锻造工艺的优化研究

超导材料已广泛应于高技术领域,NbTi合金作为一种典型的低温超导材料,在高技术领域(高能物理、受控热核聚变、储能、磁悬浮等)中占有极其重要的地位,已成为一种不可替代的新材料广泛应用于能源、交通、医疗、高能物理等重要领域。通过模拟仿真(DEFORM计算)结合实际生产,研究了NbTi合金的锻造这一复杂动态的接触过程,得到了 NbTi合金锻造组织的演化规律,确定了组织均匀的NbTi合金锻造工艺。结果表明：通过模拟仿真发现,采用小变形量,三分之一边长下镦的方式并增加换向拔长,可使NbTi合金的不同位置的变形较为均匀,大面积消除满砧镦拔带来的变形死区,通过实验验证最终生产出符合技术标准的NbTi合金棒材。与美国华昌公司的NbTi合金棒材成分、微观组织和XRE作对比,发现成分的极差、微观组织的均匀性和无损探伤均优于美国华昌公司生产的NbTi棒材,为NbTi合金的生产提供实际参考。     

基于模拟及实验的Cu/NbTi异温包覆挤压界面结合研究

提出Cu/NbTi异温包覆挤压,即在塑性变形过程中Cu和NbTi具有不同的温度。Cu/NbTi异温包覆挤压可以有效降低包覆层Cu的变形温度,从而减小包覆层Cu和NbTi芯间的屈服应力差值,有助于二者的协调变形。采用刚粘塑性有限元法模拟凹模入口角分别为60°,120°和180°时Cu/NbTi异温包覆挤压过程,揭示其界面结合情况。模拟结果表明,增大凹模入口角有助于减小包覆层Cu和NbTi芯间的相对伸长量,有益于二者的界面结合。根据有限元模拟优化的工艺参数,进行了Cu/NbTi异温包覆挤压实验,凹模入口角为180°。实验结果表明,该条件下Cu/NbTi包覆挤压过程中金属稳定流动,包覆层Cu和NbTi芯协调变形,二者间相对伸长量较小。实验结果与模拟结果吻合较好。     

微量Ce对2090合金—纯Al扩散系统中Cu扩散系数的影响

测定了含Ｃｅ２０９０合金－纯Ａｌ扩散偶中Ｃｕ原子的浓度分布曲线，用Ｂｏｌｔｚｍａｎ－Ｍａｔａｎｏ法计算了扩散系数。结果表明：微量Ｃｅ可使Ｃｕ的扩散系数下降。Ｃｕ的扩散系数与其在扩散偶中浓度分布及浓度梯度有关。在合金中添加０．４０％Ｃｅ与添加０．２３％Ｃｅ相比，两者降低Ｃｕ扩散能力的效果相近。     

INTERFACIAL ATOMIC-REACTION MODEL FOR DIFFUSION BONDING OF METALS

According to probability theory and atomic activation on bonding interface of metals,a mathematical model was developed for the atomic interfacial reaction during diffusionbonding.The effect of parameters of bonding processing and material on the bondingstrength was then gained.It was suggested that the activation centre of atomic interfacialreaction of bonding may be,in situ,the boundary dislocation and its elastic stress field.A substantial agreement about the quantitative prediction of the model was made withthe results of diffusion bonding experiments for 7075Al alloy     

TiAl/40Cr的扩散钎焊

采用AgCuTi作中间层的扩散钎焊方法，实现了TiAl基合金与40Cr钢的异质连接；并用扫描电镜、电子探针扫描、X射线能谱等手段，对其接头组织、原子互扩散行为和界面反应等进行了分析研究。结果表明，界面原子间的范德华尔兹力、冶金结合、机械咬合以及界面反应是实现TiAl/AgCuTi/40Cr接头连接和获得优良接头强度的原因。     

EFFECT OF METAL-OXIDE DIFFUSION BARRIER ON INTERDIFFUSION OF ELEMENTS BETWEEN COATING AND SUBSTRATE

The effect of LPPS Ni_3Al-Y_2O_3 diffusion barrier layer on interdiffusion of elements betweencoating and substrate has been investigated.It was found that the retardation of interdiffusionis related to the amount of oxide in the diffusion barrier layer.The retardation is not remark-able when the content of Y_2O_3 is 8 wt-%,whereas the diffusion of Al,Co or Cr has all beennotably retarded when the content of Y_2O_3 reaches 30 wt-%.The retardation effect of diffu-sion barrier is different for different elements such as Al,Co or Cr.     

金属扩散焊接的原子反应模型

本文根据概率理论和金属扩散焊接过程中焊接面上原子激活的特点,建立了接合面上原子成键反应的数学模型,从而给出了焊接工艺参数和材料参数对接合强度的影响规律,模型中采用了界面上原子反应激活中心是界面位错及其弹性应力场的假设。文中以7075Al合金扩散焊接实验为基础,对模型进行了定量计算,计算结果与实验结果基本一致。     

金属-氧化物扩散障对涂层和基体间元素互扩散的阻碍作用

本文研究了低压等离子喷涂的Ni_3Al-Y_2O_3扩散障层对外层涂层与基体间元素互扩散的阻碍作用,发现阻碍扩散的作用与扩散障层中氧化物含量有关。当Y_2O_3含量为8wt-%时,扩散障对元素互扩散没有明显的阻碍作用;当Y_2O_3含量为30wt%时,对Al,Co和Cr等元素的扩散有明显的阻碍作用。并且,阻碍作用随元素不同而不同。