[发明专利]一种高强度高电导铜钽复合线材的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高电导铜钽复合线材的制备方法，该方法为：一、将纯钽箔和无氧铜箔叠加后共同缠绕在中心铜棒上，形成密排卷绕的铜箔钽箔复合体；二、将铜箔钽箔复合体装入铜套体进行真空封焊，再经冷等静压处理热挤压加工，得到挤压复合棒，三、进行拉拔加工得复合芯棒；四、定尺裁剪、校直和酸洗后多芯集束装入铜管中，再经过热挤压和拉拔加工，并配以中间退火，得到高强度高电导铜钽复合线材。本发明选用铜箔和钽箔作为原材料，大幅降低了钽的塑性变形程度，显著增加了Cu/Ta界面，充分发挥了钽的高切变模量，高强度优势，进一步提升了线材的力学性能，可适用于高场脉冲磁体。

技术领域

本发明属于复合线材技术领域，具体涉及一种高强度高电导铜钽复合线材的制备方法。

背景技术

高强度高电导铜基复合材料(一般认为，该类材料室温抗拉强度大于900MPa，电导大于70％IACS)是脉冲强磁场的主要导体材料，随着脉冲磁体纪录的不断更替大大推动了该类材料的飞速发展。国际各著名强磁体实验室讨论认为，目前主流的铜铌、铜银材料性能已逐步接近极限，这极大地限制了高场脉冲磁体的进一步提升。学者们在积极探寻新一代铜基复合材料，从而在材料的强度和电导方面取得显著突破。

高强高导增强相选择的考虑因素主要有三个：高切变模量，良好的变形塑性，与铜基体的极小固溶度。在该类铜复合材料中要求增强相有足够的强度，可以经历极大的塑性变形使其由宏观尺度材料转变为纳米芯丝(实现强度的大幅提升)，同时要求增强相与铜基体间固溶度较小，尽可能减小增强相对铜基体电导的负面影响(铜银材料由于银的良好导电性可形成共晶组织芯丝对强度、电导都有贡献，此情况除外)。因此，根据此选择依据，研究者们尝试了Nb、Ta、Fe等多种金属作为强化相来提升材料强度同时保持整体电导的稳定性。研究发现，Nb的变形塑性良好，且具有较高切变模量(40GPa)，在实践中成功应用于脉冲磁体。Fe的切变模量可达到90GPa，但Fe与Cu基体在高温发生互溶反应，导致材料电导的大幅衰减，而且77K的磁体运行温度导致Fe的严重脆化，这限制了Fe的磁体应用。近年来Ta材料引起了学者们的广泛关注。Ta材料具有较高的切变模量(69GPa)，且Cu/Ta之间为典型的FCC/BCC晶体结构，Ta在Cu中的固溶度极小。有研究采用集束拉拔技术制备了Cu-Ta微观复合线材获得了较好的材料力学性能。因此Ta材料发挥高强度优势，有望应用于高场脉冲磁体。

然而，Ta材料的复合线材应用也面临诸多问题。前期实验表明，集束拉拔技术制备Cu-Ta复合材料经过三次多芯集束复合后，材料强度相比Cu-Nb材料提升明显，但四次复合后，即加工真应变接近20，性能却逐渐衰减。这主要是由于Ta芯丝的硬化明显，导致芯丝的断裂和力学性能的降低。因此，选择Ta作为增强相需要控制材料的塑性变形程度，同时通过变形获得纳米尺寸的连续Ta芯丝。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高强度高电导铜钽复合线材的制备方法。该制备方法充分发挥钽的高切变模量、高强度优势，制备出高强高导铜钽复合线材，在实现钽材完全纳米化的同时大幅降低了钽的变形程度；本发明还采用纯钽箔和无氧铜箔的紧密接触方式极大地增加了Cu/Ta的界面接触面积，由于界面的增加，将大幅提升材料的界面强化效果，带来了力学性能的提升，并且铜-钽的FCC-BCC的晶体匹配方式非常有利于纳米条带状Ta芯丝的形成，这进一步促进了材料的界面强化以及界面的载荷传递，保证了线材的强度的增加。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度高电导铜钽复合线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将完全退火态的纯钽箔和无氧铜箔紧密卷绕在无氧铜棒上，得到铜箔钽箔复合体，然后将所述铜箔钽箔复合体装入无氧铜管中，并在铜箔钽箔复合体与无氧铜管的内壁之间的间隙处插入纯铜插棒，所述纯钽箔和无氧铜箔在无氧铜管中的填充率大于90％；