脉冲磁体用高强高导Cu-Nb复合线材的研究进展

高强高导铜合金材料是集优良物理性能和力学性能于一体的有色金属材料,能够同时具备高强度、高电导率以及高热导率等性能。近年来,铜合金材料备受关注,在脉冲强磁场、转换开关、电接触器、引线框架及电车和电力火车导线等诸多领域展现出广阔的应用前景。Cu-Nb复合线材作为一种典型的高强度、高电导、高导热铜基复合材料,是制备超高场脉冲磁体的首选导体材料。本文系统总结了脉冲强磁场发展史,脉冲磁体导体材料用Cu-Nb复合线材的主要制备技术,芯丝结构演变特征,材料的热稳定性、强化机理及导电机理等方面的研究进展,最后指出了目前我国脉冲强磁场突破110 T所需Cu-Nb复合线材存在的问题及面临的挑战,并提出了关于未来研究重点的建议。

Cu-Nb-Si体系相平衡的实验研究和热力学模拟

通过关键实验、热力学建模和第一性原理计算相结合的方法研究Cu-Nb-Si体系的相平衡关系。制备16种三元合金,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜结合X射线能谱仪(SEM-EDS),测定三相和两相区范围,证实三元化合物τ1(Cu_(4)Nb_(5)Si_(4))的存在,同时测定Cu在NbSi_(2)和Nb_(5)Si_(3)相中的溶解度,最终确定Cu-Nb-Si体系在600和700℃的等温截面。基于文献和本工作的实验数据,结合第一性原理计算和CALPHAD方法,利用替代模型和亚点阵模型分别描述溶体相和中间化合物,对Cu-Nb-Si体系进行热力学计算,最终得到一套自洽的热力学参数。通过计算与实验结果相比较,所获得的热力学参数能再现可靠的实验数据。

用蠕变法研究Cu-Nb钢中的时效行为

用蠕变法在Gleeble-1500热模拟机上研究了不同Cu含量的Cu-Nb系超低碳钢的时效过程．结果表明,在蠕变过 程中,沉淀析出使蠕变曲线出现平台,平台的起点与结束点分别对应析出开始点(Ps)与结束点(Pf)．并得出了两类钢的沉淀析出 等温转变(PTT)曲线．由蠕变法测出的Pf与由硬度法测出的峰值时间tp吻合得较好．

高强度、高导电性Cu-Nb微观复合材料的研究进展

主要介绍了采用集束拉拔和磁控溅射方法制备高强度、高导电性Cu-Nb微观复合材料的研究情况,从微观结构、强化机制、力学性能以及电导特性等方面综述了高强高导Cu-Nb复合材料的研究现状,并指出了其进一步的研究方向及发展前景。

Fe-Cu-Nb-Si-B快淬薄带中的巨磁阻抗效应

在Fe-Cu-Nb-Si-B材料中适当增加Cu的含量,可以使淬态薄带纳米化。随薄带中Cu含量的增加,在淬态薄带Fe74.5-xCuxNb3Si13.5B9中可观察到巨磁阻抗效应的增强现象。高Cu含量(x≥2)试样的磁导率的变化率要远大于低Cu含量(x≤1.5)试样的相应数值。磁导率变化的大小与磁阻抗效应相关。高Cu含量有效增加了软磁α-Fe(Si)立方相的成核,提高了淬态薄带材料的软磁性。

磁控溅射Cu-Nb和Cu-Mo薄膜结构与性能

采用磁控溅射制备含1.16%～15.8%(原子分数)Nb的Cu-Nb及含2.2%～27.8%Mo的Cu-Mo合金薄膜,井采用EDX、XRD、SEM、显微硬度仪和电阻计对薄膜的成分、结构和性能进行研究。结果表明,Nb和Mo的添加分别使Cu-Nb及Cu-Mo薄膜晶粒显著细化,Cu-Nb和Cu-Mo薄膜呈纳米晶结构,存在Nb在Cu中的fcc Cu(Nb)和Mo在Cu中的fcc Cu(Mo)非平衡亚稳过饱和固溶体,固溶度随Nb或Mo含量增加而上升。添加Nb和Mo显著提高Cu-Nb及Cu-Mo薄膜的显微硬度和电阻率,且随Nb或Mo含量增加而升高。经650℃热处理1h后,Cu-Nb和Cu-Mo薄膜显微硬度和电阻率均下降,且分析表明均发生基体相晶粒长大,并出现微米-亚微米级富Cu第二相,Cu-Nb及Cu-Mo薄膜结构和性能形成及演变的主要原因是添加的Nb、Mo引起的晶粒细化效应以及退火中基体相晶粒度的增大。

机械合金化法制备Cu-Nb合金过程中的形变孪生特性

采用机械合金化法制备纳米Cu-10%Nb合金,通过显微硬度测量以及高分辨透射电镜观察,对该合金粉末在室温球磨过程中的微观结构演变和形变孪生特性进行研究;利用局部应力集中模型分析形变孪晶的形核机制。结果表明:随着球磨时间的增加,该合金硬度(HV)不断升高,球磨120 h后可达4.8 GPa;该合金在球磨初期以位错胞结构为主;球磨50 h后,Cu平均晶粒尺寸减小至约50 nm,部分区域出现纳米形变孪晶;继续增加球磨时间,孪晶数量增加,孪晶界强化效果显著;由于孪生将促进纳米晶粒的进一步细化,球磨120 h后,纳米晶尺寸减小到20 nm以下。

形变复合法制备高强高导纳米Cu-Nb合金的研究进展

介绍了形变复合法制备高强高导纳米Cu-Nb合金的研究情况,重点论述了形变原位和非原位复合法对合金综合性能和组织结构的影响,指出形变复合Cu-Nb合金因其优异的力学及电学性能,具有广阔的应用前景,它代表了高强、高导铜基导电材料的发展方向。

Zr-Al-Ni-Cu-Nb块体非晶复合材料的制备及热稳定性(英文)

采用结构分析和热分析手段研究了Nb对Zr65(Cu0.4Al0.3Ni0.3)35-xNbx(x=0, 3, 5, 6 7)(at%)合金玻璃形成能力和热稳定性的影响,采用铜模吸注法成功制备了非晶基体上均匀分布枝晶相的Zr65(Cu0.4Al0.3Ni0.3)28Nb7块体非晶复合材料。Nb的添加导致合金的过冷液相区间的宽度显著减小,同时,Nb的加入使得合金的原子结构更加无序化,因而合金具有更好的热稳定性。

C-Mn-Ni-Cu-Nb系低碳贝氏体钢板组织与性能的研究

设计了C-Mn-Ni-Cu-Nb系低碳贝氏体钢成分并在实验室进行了冶炼。采用Gleeble-3800热模拟实验机测定了该钢的CCT曲线,并根据CCT曲线选择最佳的加热与轧制工艺进行中试试制,开发出一种在控轧控冷条件下即可获得良好强度与低温韧性匹配的低合金钢板。

机械合金化制备Cu-Nb纳米弥散强化铜合金的研究

介绍了机械合金化制备Cu-Nb纳米弥散强化铜合金的研究情况,重点论述了机械合金化的制备原理、过程参数和后续处理工艺对合金综合性能的影响,并简单介绍了材料的应用前景。

原位法制备Cu-Nb复合材料的机械性能

本文讨论了用“原位法”制备的多纤维Cu-Nb复合材料的机性械能与Nb纤维体积分数、断面减缩比及退火温度的关系。Cu-30(体积)%Nb复合材料经横断面减缩比(R)=256的形变及900℃退火后,在室温下的极限抗拉强度为491兆帕,这一值比在同样条件下的无氧铜的强度高一倍。

累积叠轧焊制备的Cu-Nb层状复合材料织构演变

层状复合材料的高强度、高硬度、高热机械稳定性以及抗辐照损伤等优良的热力学性能都与材料中的异相界面及其织构密不可分。研究层状复合材料的异相界面结构及织构的演化是目前的研究热点之一。本文利用累积叠轧焊技术制备了单层厚度在微米到亚微米的Cu-Nb层状复合材料。利用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了Cu和Nb的织构随轧制道次的演化规律,为更好的理解和设计异相界面,发展高力学性能材料提供了实验依据。

Fe-Cu-Nb-V-Si-B纳米晶合金磁导率与温度的关系

研究了不同温度（530—620℃）退火后的Fe72．7Cu1Nb2V1．8Si13．5B9纳米晶合金初始磁导率μi与温度T的关系（μi-T曲线）．实验结果表明，退火温度Ta对μi－T曲线的形状有较大的影响．根据Ta可将μi－T曲线划分为三种类型，其对应的退火温度分别为（1）Ta=530—550℃，（2）Ta=560—590℃，（3）Ta600℃．分析了这三种类型的μi－T曲线对应的合金相结构，讨论了双相纳米晶合金中晶体相的晶粒尺寸、体积百分数及剩余非晶相的磁特性对μi-T曲线形状的影响．

Cu-Nb-Ni-Cr-Mo钢的析出硬化

测定了不同Ｃｕ含量的Ｃｕ－Ｎｂ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ钢在４５０～６５０℃时效时的硬度变化曲线，并结合光学金相与电镜观察分析了时效过程中的组织变化与脱溶沉淀行为．实验结果表明：时效硬化是 －Ｃｕ析出强化，Ｎｂ的碳氮化物以及含Ｃｒ的碳化物强化综合作用的结果：相同时效温度下，含Ｃｒ碳化物的时效峰在时效后期出现；在低钢钢中，时效前期出现的 －Ｃｕ时效峰与Ｎｂ的碳氢化物时效峰重叠；在高钢钢中，由于铜含量升高， －Ｃｕ时效峰出现时间缩短， －Ｃｕ时效峰与Ｎｂ的碳氨化物时效峰逐渐分离．

高强度高导电Cu-Nb微观复合材料的研究进展

简要介绍了脉冲磁体用导体材料的分类,包括传统的的弥散强化铜材料、铜宏观复合材料与新型的兼顾高强度和高导电性的铜微观复合材料,主要阐述了以Cu-Nb为代表的铜微观复合材料的关键制备技术、材料主要研究领域与现状,揭示了高强高导Cu-Nb微观复合材料的广阔应用前景与未来发展方向。

Cu-Nb复合材料的研究现状与展望

介绍不同方法制备Cu-Nb复合材料的研究情况,如形变复合法、机械合金化法、物理气相沉积法.重点论述了不同方法制备的Cu-Nb复合材料的力学性能及电学性能,因其表现出优异的力学性能及电学性能而具有广阔的应用前景,它是具有高强高导铜基复合材料的典型代表.

Y替代Nb对Fe-Si-B-Cu-Nb合金热稳定性与软磁性能的影响

利用XRD、DSC-VSM和TEM研究了添加少量Y对非晶态和退火态Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xYx(x=0,1,2,3 at%)的热稳定性、软磁性能的影响。对非晶薄带在真空条件下不同温度下退火10 min。结果表明,Y可抑制非均匀形核。Y的添加影响了软磁性能。当试样中Y含量为2%时在700℃退火10 min具有最佳的软磁性能,其饱和磁感应强度达1.28 T。

尺寸变化对Cu-Nb/C复合线材微观组织及性能的影响

采用集束拉拔技术制备出石墨烯包覆铌粉增强Cu-Nb多芯复合线材,线材尺寸为Φ2.0mm时,强度接近400 MPa,导电率达到83%IACS.选取不同尺寸线径(Φ3.0 mm、Φ2.4 mm、Φ2.0 mm)的复合线材,采用XRD衍射仪和SEM扫描电镜等测试手段表征了不同尺寸线材的衍射峰强度、微观组织.结果表明Cu-Nb/C复合线材不易形成一种沿Nb<110>方向的锐利织构.随着线材尺寸的减小,芯丝粉末流动性及变形差,其分布不规则,扭曲、拉伸,甚至出现了空洞,铌粉受压后大面积流出,附着在芯丝表面.最后通过σ-ε曲线图和R-T曲线图可以看出,随着线材直径的减小,抗拉强度增大,导电性降低,变形过程符合铜基复合材料的塑性变形机制.且断口明显看到粉末与铜基体完处于分离状态,没有冶金结合,只是通过较弱的机械力结合在一块,因此复合线材的强度不高,脆性较大.

热场中Cu-Nb-C球磨纳米粉的尺寸生长与合金化研究

原位生成纳米NbC相可强化铜基复合材料,常用烧结Cu-Nb-C纳米粉体予以实现。针对该粉体在热场中易晶粒长大的问题,采用XRD、DSC等实验手段,研究了热场温度和加热时间对Cu-Nb-C球磨纳米粉中铜晶粒尺寸与多元成分体系冶金反应的影响规律。结果表明:纳米Cu-Nb-C粉末在700℃和900℃加热时会发生冶金反应生成NbC,NbC的数量随保温时间的延长而增多;温度越高,铜晶粒尺寸越大,温度对晶粒尺寸的增幅远大于保温时间对晶粒的增幅,从常温到900℃晶粒尺寸增幅高达91.58%。这些发现丰富了铜基复合材料制备的理论体系,也具有工程实践的意义。