Nb3Sn低溫超導(dǎo)材料因具備優(yōu)越的高場強性能而廣泛適用于高能物理（HEP）、熱核聚變（ITER）、核磁共振（NMR）等10T以上高場強磁體領(lǐng)域。目前,多芯Nb3Sn/Cu超導(dǎo)線材采用Cu-Sn合金作為Sn源通過內(nèi)錫法、青銅法等方法制備而成,高固溶度Cu-Sn合金需要從日本（大阪特殊合金株式會社）、德國（維蘭德集團Wieland Group）等國家進(jìn)口,而超高固溶度Cu-Sn合金因為技術(shù)封鎖難以購買以及實現(xiàn)在我國國內(nèi)的批量化生產(chǎn)。因此,本論文先采用粉末冶金技術(shù)制備超高Sn含量Cu-Sn合金毛坯,再經(jīng)過軋制、熱擠壓等形變方式進(jìn)行致密化和均勻化,然后施加高能脈沖電流進(jìn)行電致塑性處理,獲得了晶粒細(xì)小、高固溶的Cu-Sn合金,其性能超過進(jìn)口的Cu-12.5Sn合金。基于以上研究,主要的結(jié)論如下:（1）采用粉末冶金法制備的銅錫合金晶粒尺寸約50μm,部分富Sn相仍偏析于晶界處。（2）采用不同燒結(jié)溫度制備的Cu-14Sn-0.3Ti合金的物相組成不同,在750-800℃的燒結(jié)溫度范圍內(nèi),可制備富α相的銅錫合金。在750℃的燒結(jié)溫度下,制備的不同Sn含量的Cu-xSn-0.3Ti（x=13,14,15... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

青銅法制備Nb3Sn示意圖

礱鰨?背?疾牧現(xiàn)行緯山隙嗟墓倘芴迨保?芄煥?謚票賦?導(dǎo)材料且有效地提高超導(dǎo)材料的臨界電流值（臨界溫度及臨界磁場強度）[8-12]。因此，制備高固溶銅錫合金具有巨大的工業(yè)價值。為了便于研究國內(nèi)外先進(jìn)超導(dǎo)材料，我國從日本大阪合金因引進(jìn)的Cu-Sn-Ti合金，并對其進(jìn)行組織成分及物相分析（如圖1-2所示），發(fā)現(xiàn)其青銅基體中添加了約0.3wt.%的Ti元素，由XDR圖譜分析（如圖1-3所示），其物相為單一固溶體α-Cu相。根據(jù)實驗結(jié)果可知：從國外引進(jìn)的Cu-12.5Sn合金組織為均勻的單相固溶體組織，并測得合金的密度為8.8689g/cm3。圖1-2Cu-12.5Sn-Ti合金的組織形貌及EDS成分分析Fig.1-2AnalysisofthemorphologyandEDScompositionoftheCu-12.5Sn-TialloyCu-Sn合金因其良好的工業(yè)使用性能而廣泛應(yīng)用于電子，交通，航空航天等各種領(lǐng)域。然而，Sn在Cu中的固溶度低，在許多情況下限制了其應(yīng)用。例如，當(dāng)Cu-Sn合金用作青銅法制備Nb3Sn超導(dǎo)體的關(guān)鍵基體時，Sn在Cu中的低固溶度使得生產(chǎn)具有高Sn含量Nb3Sn相的Nb3Sn線材較為困難，從而限制了Nb3Sn線材的制備及應(yīng)用。另外，鑄態(tài)Cu-Sn合金表面會經(jīng)常發(fā)生Sn的偏析現(xiàn)象，降低了合金的力學(xué)性能，使得具有良好性能的銅錫合金制備困難。因此，制備具有高Sn含量、均勻組織的Cu-Sn合金有著重要的意義。工業(yè)錫青銅的錫含量通常為9-10wt.%，通常采用鑄造法進(jìn)行制備。但由于銅錫合金制備過程中易產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，而很難制備出單相銅錫合金。此外，制備出的銅錫合金的冷加工性能較差，故一般采用軋制變形后進(jìn)行退火處理從而提高銅錫合金塑性。采用傳統(tǒng)的

1緒論3熱處理可能出現(xiàn)由于熱處理溫度與保溫時間選取不合適而導(dǎo)致銅錫合金晶粒粗大。基于以上研究背景及現(xiàn)狀，為了提高Sn在Cu中的固溶度才能提高高固溶銅錫合金，實現(xiàn)在非平衡條件強制固溶效果。圖1-3Cu-12.5Sn-Ti合金的XRD圖譜Fig.1-3XRDpatternoftheCu-12.5Sn-Tialloy1.2Cu-Sn合金研究現(xiàn)狀1.2.1Cu-Sn合金簡介高強度，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、耐蝕性及耐磨性，良好的金屬光澤的銅合金已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于信息通訊、電子電力、化工、能源、國防工業(yè)現(xiàn)代工程技術(shù)等領(lǐng)域[14-22]。銅錫合金——錫青銅，是以Cu元素為基體，其主加元素為Sn，其它微量合金元素形成的一系列合金。銅是面心立方結(jié)構(gòu)，熔點為1083℃，沸點為2595℃，導(dǎo)熱系數(shù)為0.989cal/(cm·s·℃)，密度為8.96g/cm3。錫的熔點為231.89℃，在自然界存在灰錫、白錫、脆錫3種同素異形體。由于錫具有較低的熔點，通常在熔融狀態(tài)下粘度小，流動性好，能夠與其他金屬結(jié)合而形成各種合金。1.2.2Cu-Sn合金性質(zhì)及應(yīng)用由Cu-Sn合金二元相圖[13]，存在α、β、γ、δ幾個相，α相是錫溶于純銅中的置換固溶體，屬于面心立方結(jié)構(gòu)。由Cu-Sn相圖，它們會形成多種金屬件化合物，有Cu5Sn、Cu3Sn、Cu31Sn8等。根據(jù)平衡相圖，室溫下錫在銅中溶解度高達(dá)1at％，冶煉的Cu-Sn合金中存在的另一相ε-Cu3Sn含錫量高達(dá)25at％；而在500-600°C溫度下，Sn在Cu中的固溶極限可達(dá)9.1at%。Cu-Sn合金具有較寬的固液兩相區(qū)，結(jié)晶范圍寬約(約140-160℃)，凝固后形成許多的縮孔和疏松。故采用傳統(tǒng)鑄造方法易于形成偏析，合金成分不均勻，尤其在鑄件的底面和側(cè)面“錫汗”隨吸氫量的增加而增多。研究表明，錫的反偏析實際上是富錫物在樹枝晶間的移動，形成的鑄造缺陷使得合金的塑性及導(dǎo)電性能較差，從而影響了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用?


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