第二代高温涂层导体用金属基带织构和表面光洁度的研究

发布时间：2017-08-22 12:21

  本文关键词：第二代高温涂层导体用金属基带织构和表面光洁度的研究

  更多相关文章： Ni-5at.%W合金基带 轧制织构 立方织构 Hastelloy C-276合金基带 平均粗糙度

【摘要】：以YBCO为主的涂层超导材料是一种具有广泛应用前景,卓越性能优势的功能材料。获得高性能的韧性金属基板是制备高载流能力涂层导体线带材的基础。现有的Ni-5at.%W(Ni5W)合金基带制备工艺比较复杂,不适合大规模产业化,且表面过于粗糙,影响制备的过渡层质量。已商业化售卖的Hastelloy C-276合金基带也存在表面光洁度差的问题,无法满足后续制备过渡层的需求。针对以上问题,本文通过优化传统制备Ni5W基带的工艺,获得了高表面光洁度、强立方织构的Ni5W合金基带,并在其上镀制了LZO过渡层薄膜。随后采用电化学抛光技术对Hastelloy C-276合金基带进行表面平整化处理,确定了最佳的抛光工艺参数,获得了高平整表面的Hastelloy C-276合金基带。论文获得了以下主要研究成果。首先,通过减小初始坯锭厚度和降低热处理温度等方法优化了制备Ni5W基带的工艺,获得了具有强立方织构的Ni5W基带,其立方织构含量达98.3%(10°),面内、面外织构的半高宽分别为5.84°和5.0°。研究了大应变量Ni5W基带冷轧和热处理过程中微观组织和织构的演变过程。结果表明此Ni5W基带经大应变冷轧后形成了“Copper”轧制织构,随着应变量的增加其轧制织构逐渐增强,在再结晶过程中,其立方取向通过吞并轧制取向而迅速增强。其次,采用电化学抛光方法,对具有强立方织构的Ni5W基带表面进行平整处理。研究了Ni5W基带表面粗糙度大小对外延生长过渡层质量的影响。结果表明:Ni5W基带表面粗糙度越小,外延生长的La2Zr2O7(LZO)过渡层的立方取向含量越高。采用化学溶液法在抛光后的Ni5W合金基带上通过外延方式获得了性能优良的LZO过渡层,其立方织构的含量达97.2%(10°),其面内、面外织构分别为5.22°和4.76°,且LZO薄膜表面平整,晶粒排布致密,没有空洞和裂纹等缺陷。另外,采用电化学抛光方法对Hastelloy C-276合金基带表面进行平整化处理,获得了典型的活化-钝化-超钝化的极化曲线,并结合钝化膜理论阐述了电化学抛光的机理。研究了影响电化学抛光因素(电解液温度、抛光时间、抛光极距等)对基带表面光洁度的影响,确定了最佳抛光工艺参数,获得了表面粗糙度(Ra)1 nm(5μm×5μm)、均方根平均值(Rq)2 nm(5μm×5μm)的高光洁表面,实现了Hastelloy C-276合金基带短样品的表面整平。最后,自行设计搭建了连续动态电化学抛光系统,并开发设计了连续式长带表面粗糙度检测技术。通过大量优化实验获得了抛光Hastelloy C-276合金长基带的工艺参数,实现了一定长度的(10m)Hastelloy C-276长带材的表面平整处理,其Ra2 nm(5μm×5μm)、Rq2 nm(5μm×5μm),可以满足IBAD技术路线后续制备过渡层对Hastelloy C-276合金基带表面高光洁度的要求。综上所述,本论文首先优化了制备Ni5W合金基带的工艺路径,并研究了轧制过程中轧制织构的演变和再结晶过程中立方织构的形成机理。其次验证了表面粗糙度对后续制备过渡层的影响。这些研究工作将大大推进Ni5W合金基带的产业化进程。然后针对Hastelloy C-276合金基带表面平整化进行了系统研究,掌握了短样品Hastelloy C-276表面粗糙度的精确控制技术。最后自行设计搭建了连续动态电化学抛光试验线,实现了10 m长Hastelloy C-276合金基带表面的整平处理。这些研究工作为实现千米级Hastelloy C-276合金基带提供了设备支持和实验依据,其研究具有很强的科学意义和经济价值。
【关键词】：Ni-5at.%W合金基带 轧制织构 立方织构 Hastelloy C-276合金基带 平均粗糙度
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.15;TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 课题背景12-16
• 1.1.1 高温超导材料简介12
• 1.1.2 高温超导带材的分类12-13
• 1.1.3 第二代高温涂层导体的研究现状13-15
• 1.1.4 涂层导体用金属基带的简介与比较15-16
• 1.2 面心立方金属织构的演变16-19
• 1.2.1 金属冷变形织构的形成16-17
• 1.2.2 冷变形金属的再结晶17
• 1.2.3 再结晶立方织构的形成机理17-19
• 1.2.4 晶粒长大19
• 1.3 金属基带表面平整化的相关技术简介19-25
• 1.3.1 金属基底的表面粗糙度19-20
• 1.3.2 提高表面光洁度的相关研究20-21
• 1.3.3 电化学抛光过程21-23
• 1.3.4 电化学抛光原理23-24
• 1.3.5 影响电化学抛光效果的主要因素24-25
• 1.4 本课题的研究目的、意义和内容25-28
• 1.4.1 论文的研究目的和意义25-26
• 1.4.2 论文的主要研究内容26-28
• 第2章 表征方法与测试设备28-38
• 2.1 织构分析技术与方法28-31
• 2.1.1 织构的定义与表示方法28-30
• 2.1.2 XRD织构分析方法30
• 2.1.3 背散射电子衍射(EBSD)织构分析技术30-31
• 2.2 金属基带表面粗糙度的表征方法31-33
• 2.2.1 表面粗糙度的评定参数31-32
• 2.2.2 轮廓算术平均偏差（Ra）32
• 2.2.3 均方根粗糙度（Rq）32-33
• 2.3 原子力显微镜测试原理和方法33-36
• 2.3.1 原子力显微镜的测试原理33-34
• 2.3.2 原子力显微镜的组成与结构34-35
• 2.3.3 原子力显微镜的测试方法35-36
• 2.4 SEM表面形貌分析36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 Ni-5at.%W合金基带大应变量冷轧和热处理过程中的微观组织和织构演变38-54
• 3.1 实验方法38-39
• 3.1.1 Ni5W合金坯锭的制备38-39
• 3.1.2 Ni5W合金坯锭的冷轧工艺39
• 3.1.3 Ni5W合金基带的热处理工艺39
• 3.1.4 Ni5W合金基带表面抛光处理39
• 3.2 Ni5W合金基带冷轧与再结晶过程中微观组织和织构的演变39-51
• 3.2.1 Ni5W合金基带轧制织构的演变40-42
• 3.2.2 大应变量下Ni5W合金基带再结晶织构的形成42-46
• 3.2.3 Ni5W合金基带强立方织构的形成46-49
• 3.2.4 Ni5W合金基带表面粗糙度对后续制备过渡层的影响49-51
• 3.3 本章小结51-54
• 第4章 涂层导体用Hastelloy C-276合金基带表面平整化的工艺研究54-76
• 4.1 AFM表征表面粗糙度54-58
• 4.1.1 表面粗糙度的测量54-55
• 4.1.2 数据处理方法55-58
• 4.2 实验部分58-61
• 4.2.1 实验材料和仪器58-59
• 4.2.2 Hastelloy C-276合金基带的电化学抛光流程59-61
• 4.3 电化学抛光Hastelloy C-276合金基带的工艺研究61-75
• 4.3.1 Hastelloy C-276合金在电解液中的极化行为61-64
• 4.3.2 电解液的成分和温度T对表面粗糙度的影响64-68
• 4.3.3 阳极距阴极距离L对表面粗糙度的影响68-69
• 4.3.4 抛光时间对基带表面粗糙度的影响69-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 电化学抛光技术用于平整Hastelloy C-276合金基带的工艺研究76-88
• 5.1 连续动态电化学抛光平台的搭建76-79
• 5.1.1 校外实习单位简介76
• 5.1.2 电化学抛光设备的设计方案76-77
• 5.1.3 电化学抛光平台的搭建77-78
• 5.1.4 电化学抛光设备的调试78-79
• 5.2 Hastelloy C-276合金长基带表面粗糙度检测装置的搭建79-80
• 5.3 电化学抛光Hastelloy C-276长带的实验设计80-81
• 5.4 电化学抛光Hastelloy C-276合金基带产业化的工艺研究81-85
• 5.4.1 阳极电流对抛光效果的影响81-84
• 5.4.2 走带速度对抛光效果的影响84-85
• 5.5 Hastelloy C-276合金基带表面平整化的产业化85-86
• 5.6 本章小结86-88
• 结论与展望88-91
• 研究成果88-89
• 前景展望89-91
• 参考文献91-97
• 攻读硕士时期间取得的学术成果97-99
• 文章97
• 专利97-99
• 致谢99

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