HK1075071B - 用於外延涂层的金属带及其制造方法 - Google Patents

Description

用于外延涂层的金属带及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于外延涂层的由复合层组成的金属带及其制造方法。这类金属带例如可以具有优点地作为沉积由YBa₂Cu₃O_x-高温超导体材料组成的双轴织构层的载体带使用。这类超导体特别适合于在能源技术领域使用。

背景技术

已经公知的是Ni，Cu和Ag基金属带，适用于带有双轴织构层的外延涂层(US 5 739 086；US 5 741 377；US 5 964 966；US 5 968 877)。它们通过变形率高于95％的冷轧和随后的再结晶退火制造而成，其中，形成增强{001}<100>的织构(立方织构)。

特别是全世界都在加紧开发Ni和Ag基的基质材料(J.E.Mathis etal，Jap.J.Appl.Phys.37.1998；T.A.Gladstone et al，Inst.Phys.Conf.Ser.No 167，1999)。公知的是在努力提高材料的强度，或者通过固溶体淬火，将含有典型地高于5％的一种或者多种合金元素的Ni合金轧制并再结晶(US 5 964 966；G.Celentano et al，Int.Journal of Modern PhysicsB，13，1999，S.1029；R.Nekkanti et al.，Presentation at the AppliedSupercond.Conf.，Virginia Bcach，Virginia，Sept.17-22，2000)，或者通过将Ni与一种抗拉强度更高的材料构成的复合材料进行轧制和再结晶(T.Watanabeet al.，Presentation at thc Applied Supercond.Conf.，Virginia Beach，Virginia，Scpt.17-22，2000)。

在固溶体淬火时存在一种临界添加剂含量，高于该含量便不再能够形成立方织构。对铜锌合金(提高Zn含量的Cu-Zn合金)的这种现象进行了深入研究，似乎普遍有效(H.Hu et al.，Trans.AIME，227，1963，S.627；G.Wasserman，J.Grewen：Texturen metallischer Werkstoffe，Springer-Verlag Berlin/Gttingen/Heidelberg)。因为强度始终随着合金浓度提高，所以与此相关的还有最大强度。第二种限制是在轧制变形时材料的强度就已经很高。因此，当要求提高变形率时需要非常大的轧制力，由此，一方面必然对轧机提出更高的要求，另一方面在技术上也很难实施极其均匀的轧制变形，而这对形成所需的高度立方织构来说是必须的。

在通过轧制复合材料提高强度时，同样存在高强度材料在高度变形时需要很高轧制力的问题。由于构成复合材料的两种材料机械特性不同，轧制时出现变形显微组织中的非均质性，从而降低了再结晶过程中可以达到的立方织构质量。

金属间相具有明显高于固溶体合金的强度。然而它们一般情况下很脆，所以不能用于制造具有显著立方织构的薄带。

公知的特别是所谓的金属间γ`-和γ``-相(Ni₃Al，Ni₃Ti，Ni₃Nb)，强度不像固溶体那样随着温度的上升而下降，而是甚至有所提高。因此，通过这些相强化的金属带恰恰是在临界高温下(＞600℃)涂层期间产生大大高于传统金属带的强度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有特别高强度的外延涂层金属带。本发明还包括一种方法，可以在工艺上毫无问题地制造这种高强度金属带。

该目的利用由复合层组成的金属带由此得以实现，即复合层由金属Ni，Cu，Ag的或者其合金的至少一个双轴织构基层和至少一个其他金属层组成，其中，各个其他金属层由一个或者多个金属间相或者由一种其中含有一个或者多个金属间相的金属或合金组成。

依据本发明第一依据目的的构成，在双轴织构的基层由Ni或者Ni合金组成的情况下，各个其他金属层由基层金属与至少一种金属Al，Ta，Nb，Ti或者其合金的金属间相组成。

依据本发明第二依据目的的构成，在双轴织构的基层由Ni或者Ni合金组成的情况下，各个其他金属层由至少一种金属Al，Ta，Nb，Ti或其合金组成，其中含有金属Al，Ta，Nb，Ti或其合金与基层金属的金属间相。

金属间相可以依据目的由NiAl，Ni₃Al，Al₃Ni₂，Al₃Ni，NiTa，NiTa₂，Ni₃Ta，Ni₃Nb，和/或Ni₆Nb₇组成。

依据本发明另一依据目的的构成，在双轴织构的基层由Cu或者Cu合金组成的情况下，各个其他金属层由Cu或者Cu合金与Zn的金属间相组成。

在双轴织构的基层由Cu或者Cu合金组成的情况下，各个其他金属层也由Zn组成，其中含有Cu或Cu合金与Zn的金属间相。

在此方面，Cu或Cu合金与Zn的金属间相为β-和/或γ-黄铜。

依据本发明另一依据目的的构成，在双轴织构的基层由Ag或者Ag合金组成的情况下，各个其他金属层由Ag或Ag合金与Nd的金属间相组成。

在双轴织构的基层由Ag或者Ag合金组成的情况下，各个其他金属层也由Nd组成，其中含有Ag或Ag合金与Nd的金属间相。

在此方面，Ag或Ag合金与Nd的金属间相由Ag₅₂Nd₁₄，Ag₂Nd，和/或AgNd组成。

依据本发明一具有优点的构成，复合层由两个双轴织构的基层和一个其他金属层组成，其中，其他金属层设置在双轴织构层之间。

为制造这种金属带，本发明包括一种方法，其中首先制造复合层，由金属Ni，Cu，Ag的或者其合金的至少一种适合于双轴织构的层和至少一个其他金属层组成。在此方面，在其他金属层内必须含有一种可与适合于双轴织构的层构成金属间相的元素。

此后，将该复合层以至少90％的变形率轧制成带。最后，借助于300℃和1100℃之间的带热处理，在适合于双轴织构的层和其他层中，通过金属间相复合层界面上的相互扩散构成所要求的立方织构。

以适当的方式通过电镀制造复合层，并以至少95％的变形率将复合层轧制成带。带的热处理特别适用500℃和900℃之间的温度。

依据本发明方法的一变化在于，首先通过轧制和再结晶制造由Ni，Cu，Ag或者其合金组成的双轴织构带。随后将这种带利用至少一种其他金属相涂层，该金属相包括至少一种含有可在双轴织构带中形成金属间相的元素的金属。作为涂层方法例如可以是电解的，化学的或者也可以是从汽相中沉积的方法。在后面的热处理期间，从边界层出发构成稳定的金属间相。

作为对涂层的选择，只要双轴织构带的熔点明显高于其他金属相，也可以将双轴织构带单面用液态的其他金属相浸湿，然后扩散到双轴织构带内，从而从双轴织构带的表面出发形成金属间相。

采用依据本发明的方法可以相当简单的方式制造高强度的双轴织构金属带。在此方面特别的优点是，处于变形工艺过程阶段的金属带仍具有有利的低强度和高延性，因为只有在最后的退火处理时，金属带内才会形成高强度的金属间相。立方织构不会受到再结晶和扩散过程不同动力学的影响。

依据本发明的金属带特别适合作为沉积由YBa₂Cu₃O_x-高温超导体材料组成的双轴织构层的载体带使用。这类超导体特别适合于在能源

技术领域使用。

具体实施方式

下面借助实施例对本发明作详细说明。

实施例1

通过轧制电镀产生由金属Ni和Al组成的三层复合层，层序为Ni/Al/Ni。Ni层的厚度为1.5mm，Al层为0.5mm。将这种复合层轧制成厚80μm的带。随后将该带在600℃温度下的还原气氛中放置数小时。在这种热处理的头几分钟里该带再结晶。在这种热处理的继续进行中，边界层上产生和增加不同化学计算法的NiAl相。

成品带表面上具有高度的立方织构，特别适合于利用双轴织构层进行双面外延涂层。

该带室温下的屈服点为100Mpa，直至600℃的温度都不会改变。因此，这种材料在涂层金属的温度下与传统的，特别是与固溶体硬化的金属带相比强度大大提高。

实施例2

通过轧制电镀产生由金属Ni和Nb组成的三层复合层，层序为Ni/Nb/Ni。Ni层的厚度为1.5mm，Nb层为0.5mm。将这种复合层轧制成厚40μm的带。随后将该带在900℃下的还原气氛中放置1小时。在这种热处理的头几秒里该带再结晶。在退火的继续进行中，边界层上产生和增加不同化学计算法的NiNb相。

成品带表面上具有高度的立方织构，同样适合于利用双轴织构层进行双面外延涂层。

该带室温下的屈服点为85Mpa，直至600℃的温度都不会改变。因此，这种材料在涂层金属的温度下与传统的，特别是与固溶体硬化的金属带相比强度大大提高。

实施例3

通过轧制和再结晶产生厚40μm的纯Ni双轴织构带，加热到800℃并在不涂层的面上涂覆10μm厚的Al膜。由于热处理的作用，Al膜熔化，Al扩散到Ni内，从而通过相互扩散从Ni带的表面出发形成不同化学计算法的NiAl相。

该带室温下的屈服点为90Mpa，直至600℃的温度都不会改变。因此，这种材料在涂层金属的温度下与传统的，特别是与固溶体硬化的金属带相比强度大大提高。

实施例4

通过轧制电镀产生由金属Cu和Zn组成的三层复合层，层序为Cu/Zn/Cu。Cu层的厚度为1.5mm，Zn层为0.7mm。将这种复合层轧制成厚50μm的带。随后将该带以30K/min加热到800℃并保持60分钟。在这种退火期间，首先形成增强立体织构，随后从Cu-Zn界面出发，形成不同化学计算法的黄铜相。

成品带表面上具有高度的立方织构，适合于利用双轴织构层进行双面外延涂层。该带室温下的屈服点为80Mpa，随着温度的上升下降到750℃时的30Mpa。因此，该带强度明显高于其他采用较强轧制的双轴织构的Cu合金带。

Claims (19)

1.用于外延涂层的金属带，由复合层组成，其特征在于，复合层由金属Ni，Cu，Ag的或其合金的至少一个双轴织构基层和至少一个其他金属层组成，其中，各个其他金属层由一个或多个金属间相或者由一种其中含有一个或多个金属间相的金属或合金组成。

2.按权利要求1所述的金属带，其中，在双轴织构的基层由Ni或Ni合金组成的情况下，各个其他金属层由基层金属与至少一种金属Al，Ta，Nb，Ti或其合金的金属间相组成。

3.按权利要求1所述的金属带，其中，在双轴织构的基层由Ni或Ni合金组成的情况下，各个其他金属层由至少一种金属Al，Ta，Nb，Ti或其合金组成，其中含有所述金属Al，Ta，Nb，Ti或其合金与基层金属的金属间相。

4.按权利要求2或3所述的金属带，其中，金属间相由NiAl，Ni₃Al，Al₃Ni₂，Al₃Ni，NiTa，NiTa₂，Ni₃Ta，Ni₃Nb，和/或Ni₆Nb₇组成。

5.按权利要求1所述的金属带，其中，在双轴织构的基层由Cu或Cu合金组成的情况下，各个其他金属层由所述Cu或Cu合金与Zn的金属间相组成。

6.按权利要求1所述的金属带，其中，在双轴织构的基层由Cu或Cu合金组成的情况下，各个其他金属层由Zn组成，其中含有Cu或Cu合金与Zn的金属间相。

7.按权利要求5或6所述的金属带，其中，Cu或Cu合金与Zn的金属间相由β-和/或γ-黄铜组成。

8.按权利要求1所述的金属带，其中，在双轴织构的基层由Ag或Ag合金组成的情况下，各个其他金属层由所述Ag或Ag合金与Nd的金属间相组成。

9.按权利要求1所述的金属带，其中，在双轴织构的基层由Ag或Ag合金组成的情况下，各个其他金属层由Nd组成，其中含有所述Ag或Ag合金与Nd的金属间相。

10.按权利要求8或9所述的金属带，其中，Ag或Ag合金与Nd的金属间相由Ag₅₂Nd₁₄，Ag₂Nd，和/或AgNd组成。

11.按权利要求1所述的金属带，其中，复合层由两个双轴织构的基层和一个其他金属层组成，其中，其他金属层设置在双轴织构层之间。

12.用于制造按权利要求1-11之一所述的金属带的方法，其特征在于，首先制造复合层，由金属Ni，Cu，Ag或其合金的至少一个适合于双轴织构的层和至少一个其他金属层组成，其中，在其他金属层内含有至少一种可与适合于双轴织构的层构成金属间相的元素，此后，将该复合层以至少90％的变形率轧制成带，最后，借助于300℃和1100℃之间的带热处理，在适合于双轴织构的层和其他层中，通过金属间相复合层界面上的相互扩散构成所要求的立方织构。

13.按权利要求12所述的方法，其中，复合层通过电镀制造。

14.按权利要求12所述的方法，其中，以至少95％的变形率轧制复合层。

15.用于制造按权利要求1-11之一所述的金属带的方法，其特征在于，首先通过轧制和再结晶制造由Ni，Cu，Ag或其合金组成的双轴织构带，随后将这种带利用至少一种其他金属相涂层，该金属相包括至少一种含有可在双轴织构带中形成金属间相的元素的金属，在后面的热处理期间，从边界层出发构成稳定的金属间相。

16.按权利要求15所述制造金属带的方法，其中，为涂层金属使用电解的，化学的或者从汽相中沉积的方法。

17.按权利要求12或15所述的方法，其中，在500℃和900℃之间的温度下进行热处理。

18.按权利要求15所述制造金属带的方法，其中，只要双轴织构带的熔点明显高于其他金属相，将双轴织构带单面用液态的其他金属相浸湿，

19.按权利要求1-11所述的金属带作为沉积由YBa₂Cu₃O_x-高温超导体材料组成的双轴织构层的载体带使用，用于制造带状高温超导体。