RU2451766C1 - Method for biaxial textured substrate production from binary alloy on basis of nickel for epitaxial application of buffer and high-temperature superconductive layers for ribbon superconductors to substrate - Google Patents
Method for biaxial textured substrate production from binary alloy on basis of nickel for epitaxial application of buffer and high-temperature superconductive layers for ribbon superconductors to substrate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451766C1 RU2451766C1 RU2011119704/02A RU2011119704A RU2451766C1 RU 2451766 C1 RU2451766 C1 RU 2451766C1 RU 2011119704/02 A RU2011119704/02 A RU 2011119704/02A RU 2011119704 A RU2011119704 A RU 2011119704A RU 2451766 C1 RU2451766 C1 RU 2451766C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- substrate
- alloy
- binary alloy
- basis
- Prior art date
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 19
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 11
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001015 Alpha brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- UJRJCSCBZXLGKF-UHFFFAOYSA-N nickel rhenium Chemical compound [Ni].[Re] UJRJCSCBZXLGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- -1 platinum metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения биаксиально текстурированных подложек. Биаксиально текстурированная подложка служит основой для эпитаксиального нанесения на нее буферных и высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) слоев с целью получения в готовом ленточном сверхпроводящем композите высоких значений критического тока. Готовая многослойная лента может быть использована для передачи электроэнергии с наименьшими потерями, создания сильных магнитных полей в безгелиевых ВТСП соленоидах, для проектирования экономичных с улучшенными массогабаритными характеристиками изделий для электроэнергетики и других отраслей экономики.The invention relates to metallurgy, in particular to methods for producing biaxially textured substrates. The biaxially textured substrate serves as the basis for the epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting (HTSC) layers on it in order to obtain high critical current values in the finished tape superconducting composite. The finished multilayer tape can be used to transfer electricity with the least loss, create strong magnetic fields in helium-free HTSC solenoids, to design energy-efficient products with improved mass and size characteristics for the electric power industry and other sectors of the economy.
Проблема получения металлических лент-подложек с высокой степенью совершенства кубической текстуры {100}<001> возникла в конце 90-х г. в связи с появлением технологии получения высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения, основанной на эпитаксиальном нанесении керамического ВТСП через буферные слои на текстурованную металлическую подложку [Coyal A., Norton D.P., Budai J.D., Phavantham N., et al. High Critical Current Density Superconductors Tapes by Epitaxial Deposition of Ba2Cu3Ox Thick Films on Biaxially Texturated Metals // Appl. Phys. Lett. 1996. V.69, №.16. P.1795-1797].The problem of obtaining metal substrate tapes with a high degree of perfection of the cubic texture {100} <001> arose in the late 90s in connection with the advent of the technology for producing second-generation high-temperature superconductors (HTSCs) based on the epitaxial deposition of ceramic HTSCs through buffer layers on textured metal substrate [Coyal A., Norton DP, Budai JD, Phavantham N., et al. High Critical Current Density Superconductors Tapes by Epitaxial Deposition of Ba 2 Cu 3 O x Thick Films on Biaxially Textured Metals // Appl. Phys. Lett. 1996. V.69, No. 16. P.1795-1797].
Основной характеристикой таких ленточных многослойных высокотемпературных сверхпроводников является значение критического тока, которое в значительной степени зависит от остроты кристаллографической текстуры в материале сверхпроводника, наследуемой от кубической текстуры металлической подложки. Другим фактором, влияющим на величину критического тока, является магнитное состояние материала подложки. Чем меньше магнитная проницаемость подложки, тем больше критический ток. Кроме того, для производства длинных лент в промышленности необходимо иметь достаточно высокие прочностные свойства несущей металлической ленты.The main characteristic of such tape multilayer high-temperature superconductors is the critical current value, which largely depends on the sharpness of the crystallographic texture in the superconductor material, inherited from the cubic texture of the metal substrate. Another factor affecting the critical current value is the magnetic state of the substrate material. The lower the magnetic permeability of the substrate, the greater the critical current. In addition, for the production of long tapes in industry, it is necessary to have sufficiently high strength properties of the supporting metal tape.
Биаксиальная (кубическая) текстура образуется при рекристаллизации некоторых гранецентрированных кубических металлов, подвергнутых высокой степени холодной прокатке.The biaxial (cubic) texture is formed during the recrystallization of some face-centered cubic metals subjected to a high degree of cold rolling.
Кубическая текстура после рекристаллизационного отжига получается только в тех металлах и сплавах с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК), которые имеют достаточно высокие значения энергии дефектов упаковки (ЭДУ). Величина ЭДУ определяет тип многокомпонентной текстуры деформации. Текстуры деформации ГЦК металлов делят на 3 типа [Вишняков Я.Д., Бабарэко А.А., Владимиров С.А., Эгиз И.В. Теория образования текстур в металлах и сплавах. М.: Наука. 1979. 343 с.]. Считается, что в материалах с низкой ЭДУ, таких как α-латунь, получает развитие только компонента {110}<112> (В). В материалах с высокой ЭДУ, таких как Аl, компоненты S {123}<634> и С {112}<111> преобладают в текстуре деформации. В материалах со средними значениями ЭДУ, например в меди, присутствуют все компоненты - С, S и В. В материалах с текстурой деформации типа меди (под этим подразумеваются материалы со средней и высокой ЭДУ) после первичной рекристаллизации формируется кубическая текстура {100}<001>, а в материалах с текстурой деформации типа латуни, т.е. с низкой ЭДУ, кубическая текстура не образуется.The cubic texture after recrystallization annealing is obtained only in those metals and alloys with a face-centered cubic lattice (FCC) that have sufficiently high values of the stacking fault energy (EDU). The magnitude of the EMF determines the type of multicomponent deformation texture. The deformation textures of fcc metals are divided into 3 types [Vishnyakov Y.D., Babareko A.A., Vladimirov S.A., Egiz I.V. Theory of texture formation in metals and alloys. M .: Science. 1979. 343 p.]. It is believed that in materials with low EDU, such as α-brass, only the component {110} <112> (B) is developed. In materials with high EDI, such as Al, the components S {123} <634> and C {112} <111> prevail in the deformation texture. In materials with average EDF values, for example, in copper, all components — C, S, and B — are present. In materials with a strain type texture of copper (this refers to materials with medium and high EDF), a cubic texture {100} <001 is formed after primary recrystallization >, and in materials with a deformation texture such as brass, i.e. With low EDU, a cubic texture does not form.
Подложка может быть текстурирована с применением деформационных процессов, таких как деформация с использованием прокатки и рекристаллизационного отжига подложки. Примером такого процесса является процесс биаксиального текстурирования подложки с помощью прокатки (RABiTS-процесс, от англ. «rolling-assisted biaxially textured substrate»). В этом случае большие количества металла могут быть экономично обработаны путем деформационной обработки и отжига и могут получить высокую степень текстурированности [патент РФ 2408956].The substrate can be textured using deformation processes, such as deformation using rolling and recrystallization annealing of the substrate. An example of such a process is the process of biaxial texturing of a substrate using rolling (RABiTS process, from the English. "Rolling-assisted biaxially textured substrate"). In this case, large amounts of metal can be economically processed by deformation processing and annealing and can obtain a high degree of texturing [RF patent 2408956].
Известны способы изготовления биаксиально текстурированной подложки, в которых используются различные металлы и сплавы.Known methods for the manufacture of biaxially textured substrates, which use various metals and alloys.
Так, предлагается получать биаксиально текстурированные подложки из чистых металлов: Ni, Сu, Pd, Pt, Ag и сплавов любых вышеприведенных металлов [патент США №6180570].So, it is proposed to obtain biaxially textured substrates of pure metals: Ni, Cu, Pd, Pt, Ag and alloys of any of the above metals [US patent No. 6180570].
Однако не все эти металлы и сплавы обеспечивают после их обработки кубическую текстуру, необходимую для создания ВТСП проводников. Например, известно, что в серебре при прокатке при комнатной температуре невозможно получить кубическую текстуру [Вассерман Г., Грееен И. Текстуры металлических материалов. М.: Металлургия, 1969. 655 с.].However, not all of these metals and alloys provide, after processing, the cubic texture needed to create HTSC conductors. For example, it is known that in silver when rolling at room temperature it is impossible to obtain a cubic texture [Wasserman G., Greene I. Textures of metallic materials. M .: Metallurgy, 1969. 655 p.].
Известен способ изготовления биаксиально тектурированной подложки из сплава на основе никеля, включающий выплавку, ковку, холодную прокатку и рекристаллизационный отжиг, в котором в качестве сплава на основе никеля использовался сплав со следующими легирующими элементами: ≤15 ат.% элементов VB группы или ≤20 ат.% элементов VIB группы, или ≤10 ат.% Sn, или ≤10 ат.% Аl, или ≤50 ат.% Сu, или ≤25 ат.% Zn, или ≤12 ат.% Ti [патент США №5964966].A known method of manufacturing a biaxially textured substrate of a nickel-based alloy, including smelting, forging, cold rolling and recrystallization annealing, in which an alloy with the following alloying elements was used as a nickel-based alloy: ≤15 at.% Of elements of the VB group or ≤20 at .% elements of the VIB group, or ≤10 at.% Sn, or ≤10 at.% Al, or ≤50 at.% Cu, or ≤25 at.% Zn, or ≤12 at.% Ti [US patent No. 5964966 ].
Как следует из описания к патенту, химический состав этого сплава создает рассеяние кубических пиков на половине высоты ≤30° и, следовательно, не позволяет получить острую кубическую текстуру, характеризующуюся процентным содержанием кубических зерен не менее 90%. Это подтверждает и приведенная в патенте полюсная фигура для сплава никеля с 20% хрома.As follows from the description of the patent, the chemical composition of this alloy creates scattering of cubic peaks at half height ≤30 ° and, therefore, does not allow to obtain a sharp cubic texture, characterized by a percentage of cubic grains of at least 90%. This is also confirmed by the pole figure shown in the patent for an alloy of nickel with 20% chromium.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ изготовления биаксиально текстурированной подложки из бинарного сплава на основе никеля для эпитаксиального нанесения на нее буферного и высокотемпературного сверхпроводящих слоев для ленточных сверхпроводников, включающий выплавку, ковку, холодную прокатку до степени деформации ≥97% и рекристаллизационный отжиг при температуре ≥1000°С. Этот сплав может содержать никель и вольфрам (например, от примерно одного атомного процента вольфрама до примерно 20 атомных процентов вольфрама, от примерно двух атомных процентов вольфрама до примерно 10 атомных процентов вольфрама, от примерно трех атомных процентов вольфрама до примерно семи атомных процентов вольфрама, примерно пять атомных процентов вольфрама). Кроме того, бинарный сплав может содержать относительно небольшие количества примесей (например, менее примерно 0,1 атомного процента примесей, менее примерно 0,01 атомного процента примесей или менее примерно 0,005 атомного процента примесей). В некоторых из этих вариантов реализации подложка содержит более двух металлов. Предпочтительным материалом для подложки является Ni с 5 мас.% W [патент РФ №2408956].Closest to the claimed technical essence is a method of manufacturing a biaxially textured substrate of a binary alloy based on nickel for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers for tape superconductors on it, including smelting, forging, cold rolling to a degree of deformation of ≥97% and recrystallization annealing at temperature ≥1000 ° С. This alloy may contain nickel and tungsten (for example, from about one atomic percent of tungsten to about 20 atomic percent of tungsten, from about two atomic percent of tungsten to about 10 atomic percent of tungsten, from about three atomic percent of tungsten to about seven atomic percent of tungsten, about five atomic percent of tungsten). In addition, the binary alloy may contain relatively small amounts of impurities (for example, less than about 0.1 atomic percent impurities, less than about 0.01 atomic percent impurities, or less than about 0.005 atomic percent impurities). In some of these embodiments, the substrate contains more than two metals. The preferred substrate material is Ni with 5 wt.% W [RF patent No. 2408956].
В подложке, изготовленной этим способом из сплава Ni-5 aт.% W обеспечивается высокая степень ее текстурированности, но в сплавах с большим содержанием вольфрама (10 ат.% и тем более 20 ат.%) острая кубическая текстура не образуется.A substrate made of Ni-5 at.% W alloy in this way provides a high degree of texturization, but no sharp cubic texture is formed in alloys with a high tungsten content (10 at.% And especially 20 at.%).
Однако, кроме высокой степени текстурированности и прочности ленты из бинарного никелевого сплава, еще одним из важных свойств, необходимых для использования металлической подложки в создании многослойной ленты со сверхпроводником, является химическая стойкость. Химическая стойкость сплава с вольфрамом, хотя и является лучшей по сравнению со сплавами с рядом других легирующих элементов, например железом или хромом, все же не является достаточно высокой.However, in addition to the high degree of texturing and strength of the binary nickel alloy tape, one of the important properties necessary for using a metal substrate in creating a multilayer tape with a superconductor is chemical resistance. The chemical resistance of an alloy with tungsten, although it is better in comparison with alloys with a number of other alloying elements, for example iron or chromium, is still not high enough.
В некоторых вариантах исполнения [патент РФ №2408956] используют добавление в бинарный никелевый сплав третьего элемента. Введение третьего элемента обычно осуществляют для повышения химической стойкости подложки из никелевого сплава [Tuissi A., Villa E., Zamboni M., Evetts J.E., Tomov R.I. Biaxially Textured NiCrX (X=W and V) Tapes as Substrates for HTS Coated Conductor Applications // Physica C: Superconductivity and its Applications. 2002. V.372-376. Part 2. P.759-762].In some embodiments, [RF patent No. 2408956] use the addition of a third element to a binary nickel alloy. The introduction of the third element is usually carried out to increase the chemical resistance of the nickel alloy substrate [Tuissi A., Villa E., Zamboni M., Evetts J.E., Tomov R.I. Biaxially Textured NiCrX (X = W and V) Tapes as Substrates for HTS Coated Conductor Applications // Physica C: Superconductivity and its Applications. 2002. V.372-376.
Однако добавка в никелевый сплав третьего элемента может привести к снижению термической стабильности к началу вторичной рекристаллизации, так, например, в сплаве никеля с 7.2 ат.% хрома и 3.6 ат.% вольфрама в процессе рекристаллизационного отжига при температуре 1150°С развивается вторичная рекристаллизация, разрушающая кубическую текстуру [Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Казанцев В.А., Сазонова В.А. Создание эпитаксиальных подложек из Ni-Cr-W сплавов с острой кубической текстурой и точкой Кюри ниже 77 К для сверхпроводящих композиций. ФММ. 2009. Т.107. №2. С.198-206].However, the addition of the third element to the nickel alloy can lead to a decrease in thermal stability by the beginning of secondary recrystallization, for example, secondary recrystallization develops in the nickel alloy with 7.2 at.% Chromium and 3.6 at.% Tungsten during recrystallization annealing at a temperature of 1150 ° С. destroying the cubic texture [Rodionov D.P., Gervasyeva I.V., Khlebnikova Yu.V., Kazantsev V.A., Sazonova V.A. Creation of epitaxial substrates from Ni-Cr-W alloys with a sharp cubic texture and a Curie point below 77 K for superconducting compositions. FMM. 2009.V. 107. No. 2. S.198-206].
В основу изобретения положена задача повышения химической стойкости биаксиально текстурированной подложки из бинарного сплава на основе никеля при сохранении степени текстурированности и прочности.The basis of the invention is the task of increasing the chemical resistance of the biaxially textured substrate of a binary alloy based on Nickel while maintaining the degree of texturing and strength.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления биаксиально текстурированной подложки из бинарного сплава на основе никеля для эпитаксиального нанесения на нее буферного и высокотемпературного сверхпроводящих слоев для ленточных сверхпроводников, включающем выплавку, ковку, холодную прокатку ленты до степени деформации ≥97% и рекристаллизационный отжиг ее при температуре ≥1000°С, согласно изобретению в качестве бинарного сплава на основе никеля используют сплав следующего химического состава, ат.%:The problem is solved in that in the method of manufacturing a biaxially textured substrate of nickel-based binary alloy for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers on it for tape superconductors, including smelting, forging, cold rolling of the tape to a degree of deformation of ≥97% and recrystallization annealing of it at a temperature of ≥1000 ° C, according to the invention, an alloy of the following chemical composition, at.%: is used as a nickel-based binary alloy:
Рений - ≤1,Rhenium - ≤1,
Никель - остальное.Nickel is the rest.
В сплавах никеля с содержанием рения более 7 ат.% после прокатки и рекристаллизации не происходит образования необходимой кубической текстуры.In nickel alloys with a rhenium content of more than 7 at.% After rolling and recrystallization, the necessary cubic texture does not form.
В чистом никеле после высоких степеней холодной прокатки образуется текстура, подходящая для формирования в ленте после первичной рекристаллизации острой кубической текстуры, но низкие прочностные свойства не подходят для производства длинных лент. Легирование существенно повышает прочностные свойства чистого никеля (фиг.1), но, увеличивая параметр решетки сплава (фиг.2), уменьшает энергию дефектов упаковки чистого металла, что, в свою очередь, приводит к изменению типа текстуры деформации.In pure nickel, after high degrees of cold rolling, a texture is formed that is suitable for forming an acute cubic texture in the tape after primary recrystallization, but low strength properties are not suitable for the production of long ribbons. Doping significantly increases the strength properties of pure nickel (figure 1), but, increasing the lattice parameter of the alloy (figure 2), reduces the energy of packing defects of pure metal, which, in turn, leads to a change in the type of texture of deformation.
Замена вольфрама на рений в двойном никелевом сплаве приводит к ряду преимуществ. По устойчивости к действию большинства химических реагентов рений приближается к платиновым металлам [http://specmetal.ru/svoistva-reniya]. Известно его использование (до 10 мас.%) в жаропрочных никелевых сплавах, применяемых для лопаток газовых турбин авиационных двигателей [Е.Н.Каблов. Физико-механические и технологические особенности создания жаропрочных сплавов, содержащих рений. Вестн. Моск. Ун-та. Сер.2. Химия. 2005. Т.46. №3. С.155-167]. Увеличение содержания рения в этих сплавах приводит к повышению как характеристик жаропрочности, так и долговечности изделий.Replacing tungsten with rhenium in a double nickel alloy leads to several advantages. In terms of resistance to the action of most chemicals, rhenium approaches platinum metals [http://specmetal.ru/svoistva-reniya]. It is known for its use (up to 10 wt.%) In high-temperature nickel alloys used for gas turbine blades of aircraft engines [E.N. Kablov. Physico-mechanical and technological features of the creation of heat-resistant alloys containing rhenium. Vestn. Mosk. University. Ser. 2. Chemistry. 2005.V. 46. Number 3. S.155-167]. An increase in the rhenium content in these alloys leads to an increase in both the characteristics of heat resistance and the durability of the products.
Температура плавления рения (3180°С) ниже температуры плавления вольфрама (3420°С). Это дает экономию энергии при выплавке сплава.The melting temperature of rhenium (3180 ° C) is lower than the melting temperature of tungsten (3420 ° C). This gives energy savings in alloy smelting.
Нами был исследован процесс изменения компонентного состава текстуры деформации и образования кубической ориентировки после первичной рекристаллизации в ряде двойных сплавов на основе никеля.We have studied the process of changing the component composition of the deformation texture and the formation of a cubic orientation after primary recrystallization in a number of nickel-based binary alloys.
По мере увеличения концентрации d - переходных элементов (Сr, Мn, V, Мо, W, Re, Nb) в твердых растворах замещения с никелем в текстуре деформации уменьшалась объемная доля компонент С и S и увеличивалось количество компоненты В (фиг.3). При концентрации легирующего элемента более определенного значения, тем меньшего, чем больше его атомный радиус, после первичной рекристаллизации кубическая текстура не образовывалась. Было экспериментально установлено, что при этом сумма объемных долей компонент С и S становилась меньше удвоенного количества компоненты В (ΔV/V(S)+ΔV/V(C)=2ΔV/V(B)), а параметр решетки увеличивался до значений более 3,55 Å (фиг.3).With increasing concentration of d - transition elements (Cr, Mn, V, Mo, W, Re, Nb) in substitutional solid solutions with nickel in the deformation texture, the volume fraction of components C and S decreased and the amount of component B increased (Fig. 3). When the concentration of the alloying element is more than a certain value, the smaller the larger its atomic radius, after the primary recrystallization, a cubic texture did not form. It was experimentally established that in this case, the sum of the volume fractions of components C and S became less than twice the number of components B (ΔV / V (S) + ΔV / V (C) = 2ΔV / V (B)), and the lattice parameter increased to values greater than 3.55 Å (FIG. 3).
Для сплавов никеля с рением (до 7 ат.%) сумма основных деформационных компонент С и S больше удвоенного количества компоненты В (табл.1) и после рекристаллизационного отжига при температуре ≥1000°С в них формируется острая кубическая текстура (фиг.4).For nickel alloys with rhenium (up to 7 at.%), The sum of the main deformation components C and S is more than twice the amount of component B (Table 1) and, after recrystallization annealing at a temperature of ≥1000 ° С, an acute cubic texture is formed in them (Fig. 4) .
На фиг.1 показано упрочнение никеля при легировании его различными металлами.Figure 1 shows the hardening of Nickel when alloyed with various metals.
На фиг.2 показано изменение параметра решетки сплавов на основе никеля при легировании.Figure 2 shows the change in the lattice parameter of nickel-based alloys during alloying.
На фиг.3 показано изменение количества основных компонент текстуры деформации при легировании никеля хромом, молибденом, вольфрамом и ниобием.Figure 3 shows the change in the amount of the main components of the deformation texture when alloying nickel with chromium, molybdenum, tungsten and niobium.
На фиг.4 показана полюсная фигура {111} после рекристаллизации ленты Ni-4.1 ат.% Re при 1100°С 1 ч.Figure 4 shows the pole figure {111} after recrystallization of the tape Ni-4.1 at.% Re at 1100 ° C for 1 hour
В таблице 1 приведена объемная доля основных текстурных компонент после холодной прокатки.Table 1 shows the volume fraction of the main texture components after cold rolling.
В таблице 2 приведен химический состав, технологические характеристики, механические и магнитные свойства исследованных сплавов.Table 2 shows the chemical composition, technological characteristics, mechanical and magnetic properties of the investigated alloys.
Из фиг.1 видно, что по темпам упрочнения при легировании чистого никеля рений лежит между такими сильными упрочняющими элементами, как вольфрам и молибден.Figure 1 shows that the rate of hardening during alloying of pure nickel rhenium lies between such strong reinforcing elements as tungsten and molybdenum.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Сплавы выплавляются в алундовых тиглях в атмосфере аргона в вакуумной индукционной печи. Используется никель чистотой 99.93% и рений чистотой 99.94%. Слитки подвергаются ковке при температуре в интервале 1000-800°С на прутки сечением 10×10 мм, затем - ковке при 650°С до размера 7×7 мм. После шлифовки получаются заготовки 6×6×150, которые отжигаются при 800°С 1.5 часа. Средняя величина зерна в заготовках не должна превышать 40-50 мкм. Холодная прокатка заготовок осуществляется на полированных валках до ленты толщиной 80-100 мкм, степень холодной деформации составляет 98-99%. Рекристаллизационный отжиг для получения биаксиальной текстуры проводится в течение 1 часа в вакуумной печи (3·10-5 мм рт.ст.) при температурах 1000, 1050 и 1150°С.Alloys are melted in alundum crucibles in an argon atmosphere in a vacuum induction furnace. Nickel with a purity of 99.93% and rhenium with a purity of 99.94% are used. The ingots are forged at a temperature in the range of 1000-800 ° C into bars with a cross section of 10 × 10 mm, then forged at 650 ° C to a size of 7 × 7 mm. After grinding, 6 × 6 × 150 billets are obtained, which are annealed at 800 ° С for 1.5 hours. The average grain size in the workpieces should not exceed 40-50 microns. Cold rolling of billets is carried out on polished rolls to a tape with a thickness of 80-100 microns, the degree of cold deformation is 98-99%. Recrystallization annealing to obtain a biaxial texture is carried out for 1 hour in a vacuum oven (3 · 10 -5 mm Hg) at temperatures of 1000, 1050 and 1150 ° C.
Пример 1Example 1
Сплав Ni - 4.1 ат.% Re: слиток весом 500 г выплавлен в атмосфере аргона в вакуумной индукционной печи, прокован при 1000-800°С на пруток 10×10 мм, затем при 600°С - на пруток 7,5×7,5 мм. Полученную после ковки заготовку отжигали при температуре 800°С в течение 1.5 ч. Отожженный пруток шлифовался на сечение 6×6 мм. Исходный размер зерна перед холодной прокаткой составлял 78 мкм. Пруток прокатывался вхолодную со степенью деформации 98%. Сумма объемных долей компонент текстуры деформации составляла: S+C=34.0%, 2В=18,4% (табл.1).Alloy Ni - 4.1 at.% Re: an ingot weighing 500 g was melted in an argon atmosphere in a vacuum induction furnace, forged at 1000-800 ° С on a
Как видно из табл.1, сумма объемных долей компонент S и С намного превышает удвоенную объемную долю компоненты В, что говорит о возможности образования в ленте острой кубической текстуры после отжига для прохождения первичной рекристаллизации. Преимущество благоприятных деформационных компонент перед неблагоприятной в сплаве с 4.1 ат.% рения больше, чем в сплаве с 4.8 ат.% вольфрама. В результате рассеяние кубической текстуры после отжига в сплаве с рением несколько меньше, чем в сплаве с вольфрамом (табл.2, полуширина линии {200}, соответственно, 5.7 и 6.3°).As can be seen from Table 1, the sum of the volume fractions of the components S and C is much higher than the doubled volume fraction of component B, which indicates the possibility of the formation of a sharp cubic texture after annealing to undergo primary recrystallization. The advantage of favorable deformation components over unfavorable in an alloy with 4.1 at.% Rhenium is greater than in an alloy with 4.8 at.% Tungsten. As a result, the scattering of the cubic texture after annealing in the alloy with rhenium is somewhat less than in the alloy with tungsten (Table 2, half-width of the {200} line, 5.7 and 6.3 °, respectively).
Холоднокатаная лента отжигалась в вакууме при температуре 1100°С, 1 ч. Готовая лента состояла в основном из кубических зерен, полюсная фигура {111} приведена на фиг.4.The cold-rolled tape was annealed in vacuum at a temperature of 1100 ° C for 1 h. The finished tape consisted mainly of cubic grains, the pole figure {111} is shown in figure 4.
Предел текучести готовой ленты с 4.1 ат.% Re составляет 146 МПа (см. табл.2), несколько меньше значения для сплава с 4.8 ат.% W, но в 5,8 раза превышает предел текучести ленты из чистого никеля.The yield strength of a finished tape with 4.1 at.% Re is 146 MPa (see Table 2), slightly less than the value for an alloy with 4.8 at.% W, but is 5.8 times higher than the yield strength of a pure nickel tape.
Структурными преимуществами сплава с 4.1 ат.% Re по сравнению с 4.8 ат.% W является более высокая термическая устойчивость к началу вторичной рекристаллизации, поскольку появление вторично рекристаллизованных зерен с отличной от кубической ориентацией зерен портит текстуру подложки.The structural advantages of the alloy with 4.1 at.% Re compared to 4.8 at.% W are higher thermal stability to the onset of secondary recrystallization, since the appearance of secondary crystallized grains with a grain different from the cubic orientation spoils the substrate texture.
Температура Кюри в сплаве с 4.1 ат.% рения составляет 416 К, что существенно ниже, чем в чистом никеле (628 К), но несколько выше, чем в сплаве с 4.8 ат.% вольфрама (333 К).The Curie temperature in the alloy with 4.1 at.% Rhenium is 416 K, which is significantly lower than in pure nickel (628 K), but slightly higher than in the alloy with 4.8 at.% Tungsten (333 K).
Однако следует заметить, что концентрация вольфрама 4.8 ат.% является практически предельной с точки зрения возможности образования кубической текстуры, количество же рения может быть увеличено до 7 ат.% без риска ухудшения кубической текстуры. При этом должны существенно возрасти прочностные свойства и понизиться температура Кюри.However, it should be noted that the tungsten concentration of 4.8 at.% Is almost limiting in terms of the possibility of the formation of a cubic texture, while the amount of rhenium can be increased to 7 at.% Without the risk of deterioration of the cubic texture. In this case, the strength properties should significantly increase and the Curie temperature should decrease.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119704/02A RU2451766C1 (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | Method for biaxial textured substrate production from binary alloy on basis of nickel for epitaxial application of buffer and high-temperature superconductive layers for ribbon superconductors to substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119704/02A RU2451766C1 (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | Method for biaxial textured substrate production from binary alloy on basis of nickel for epitaxial application of buffer and high-temperature superconductive layers for ribbon superconductors to substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2451766C1 true RU2451766C1 (en) | 2012-05-27 |
Family
ID=46231683
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011119704/02A RU2451766C1 (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | Method for biaxial textured substrate production from binary alloy on basis of nickel for epitaxial application of buffer and high-temperature superconductive layers for ribbon superconductors to substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451766C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759146C1 (en) * | 2020-11-16 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Method for manufacturing biaxially textured substrate in the form of copper-nickel-based triple alloy tape for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers on it |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5964966A (en) * | 1997-09-19 | 1999-10-12 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Method of forming biaxially textured alloy substrates and devices thereon |
EP0830218B1 (en) * | 1995-04-10 | 2006-05-24 | Ut-Battelle, Llc | Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same |
RU2387050C1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-04-20 | Фатима Христофоровна Чибирова | Method of making multilayer material |
RU2408956C2 (en) * | 2005-07-29 | 2011-01-10 | Американ Суперкондактор Корпорейшн | Laminated superconducting wire, method of making said wire and superconducting wire node |
-
2011
- 2011-05-16 RU RU2011119704/02A patent/RU2451766C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0830218B1 (en) * | 1995-04-10 | 2006-05-24 | Ut-Battelle, Llc | Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same |
US5964966A (en) * | 1997-09-19 | 1999-10-12 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Method of forming biaxially textured alloy substrates and devices thereon |
RU2408956C2 (en) * | 2005-07-29 | 2011-01-10 | Американ Суперкондактор Корпорейшн | Laminated superconducting wire, method of making said wire and superconducting wire node |
RU2387050C1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-04-20 | Фатима Христофоровна Чибирова | Method of making multilayer material |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759146C1 (en) * | 2020-11-16 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Method for manufacturing biaxially textured substrate in the form of copper-nickel-based triple alloy tape for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers on it |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6428635B1 (en) | Substrates for superconductors | |
US6458223B1 (en) | Alloy materials | |
US6475311B1 (en) | Alloy materials | |
US7879161B2 (en) | Strong, non-magnetic, cube textured alloy substrates | |
JP2001518681A (en) | Substrate with improved oxidation resistance | |
JP5074375B2 (en) | Method for producing and using nickel-based semi-finished product with recrystallized cubic texture | |
Bhattacharjee et al. | Nickel base substrate tapes for coated superconductor applications | |
JP5330725B2 (en) | Superconducting wire substrate and manufacturing method thereof | |
RU2451766C1 (en) | Method for biaxial textured substrate production from binary alloy on basis of nickel for epitaxial application of buffer and high-temperature superconductive layers for ribbon superconductors to substrate | |
RU2624564C2 (en) | Manufacture method of biaxial textured support plate from triple alloy on copper-nickel basis | |
Ji et al. | A study about Ni–8 at% W alloy substrates used for REBCO coated conductors | |
Nekkanti et al. | Development of nickel alloy substrates for Y-Ba-Cu-O coated conductor applications | |
JP4727914B2 (en) | Nb3Sn superconducting wire and method for manufacturing the same | |
Yu et al. | Intermediate annealing and strong cube texture of Ni8W/Ni12W/Ni8W composite substrates | |
Khlebnikova et al. | Creation of a sharp cube texture in ribbon substrates of Cu–40% Ni–M (M= Fe, Cr, V) ternary alloys for high-temperature second generation superconductors | |
RU2759146C1 (en) | Method for manufacturing biaxially textured substrate in the form of copper-nickel-based triple alloy tape for epitaxial deposition of buffer and high-temperature superconducting layers on it | |
Khlebnikova et al. | Textured tape substrates from binary copper alloys with vanadium and yttrium for the epitaxial deposition of buffer and superconducting layers | |
JP2008523252A (en) | Nickel-based semi-finished product having a cubic texture and its manufacturing method | |
JP5904869B2 (en) | Method for producing rolled copper foil for superconducting film formation | |
RU2481674C1 (en) | Method to manufacture substrate for high-temperature thin-film superconductors and substrate | |
Cui et al. | Effect of different deformation and annealing procedures on non-magnetic textured Cu 60 Ni 40 alloy substrates | |
Lee et al. | Fabrication Methods | |
JP5323444B2 (en) | Composite substrate for oxide superconducting wire, manufacturing method thereof, and superconducting wire | |
WO1992020076A1 (en) | Superconductor and process of manufacture | |
Rodionov et al. | Epitaxial Substrates from Ni‐Based Ternary Alloys with Cr and W |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150517 |