1 / 25

Разработка и создание текстурованных

Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург, ул.С.Ковалевской, 18, 620990. Разработка и создание текстурованных эпитаксиальных подложек из бинарных и тройных сплавов на основе никеля, железа и меди для сверхпроводящих кабелей 2-го поколения. М.В. Дегтярев

darin
Download Presentation

Разработка и создание текстурованных

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург, ул.С.Ковалевской, 18, 620990 Разработка и создание текстурованных эпитаксиальных подложек из бинарных и тройных сплавов на основе никеля, железа и меди для сверхпроводящих кабелей 2-го поколения М.В. Дегтярев д.т.н., зам. директора по научной работе

  2. Ленты-подложки для ВТСП Goyal A., Norton D.P., Budai J.D., Phavantham M., Specht E.D., Kroeger D.M., Christen D.K, He Q., Saffian B., List F.A., Lee D.F., Martin P.M., Clabunde C.E., Hatfield E. and Sikka V.K. Appl. Phys. Lett., v. 69 (1996), p.1795 Требования к лентам-подложкам: • Острая кубическая текстура. • Высокая прочность. • Немагнитная природа. • Стойкость к окислению при температурах нанесения буферных и сверхпроводящих слоев (600-700 градусов С). Исследованы: сплавы на основе Ni Двойные:Ni-Nb, Ni-W, Ni-Re, Ni-Mo, Ni-V, Ni-Mn, Ni-Al, Ni-Cr, Ni-Pd, Тройные: Ni-Cr-W, Ni-Cr-V, Ni-Pd-W Композит:Ni-W/Ni-Cr /Ni –W сплавы на основе Fe Fe-Ni сплавы на основе Cu Двойные: Cu-Fe, Cu-Cr, Cu-Ni

  3. Схема изготовления текстурированных лент – подложекиз Ni сплавов по технологии RABiTS Режимы рекристаллизационного отжига: 1.Изотермический отжиг (Тотж. от 700 до 1150°С)в течение 1 ч. в вакууме (2…3)10-5 мм. рт. ст.; 2.Медленный нагрев со скоростью 2°С/минот 700°С до 1000°С (сплавы Ni). от500°С до 950°С (сплавы Сu), выдержка 1 ч.

  4. Влияние концентрационного расширения решетки на тип текстуры деформации в сплавах никеля Изменение содержания основных текстурных компонент в текстуре деформации лент. C {112}<111> - текстура типа меди B {110}<112> - текстура типа латуни S {123}<634> V/V(S) +V/V(C) > 2V/V(B) Установлены условия получения острой кубической текстуры в лентах-субстратах из сплавов на основе никеля. Экспериментально определены границы легирования, соответствующие переходу текстуры деформации сплавов от текстуры типа «меди» к текстуре типа «латуни».

  5. Физические и механические свойства лент из никелевых сплавов

  6. Концентрационный треугольник системы Ni-Cr-W.“F” разделяет области ферромагнитных и немагнитных сплавов. В сплавах ниже “C” образуется кубическая текстура

  7. Оптимизация режимов рекристаллизационного отжига для получения совершенной кубической текстуры в сплавах Ni с тугоплавкими металлами (W, Mo, Re) после деформации прокаткой Анализ текстуры сплава Ni95,3Mo4,7 после изотермического отжига1100С, 1 ч {001}<100> – 98% а в б Микрокарта ориентировок зерен (а), гистограмма разориентировки границ зерен в плоскости ленты (б) и полюсная фигура {100} (в)

  8. Характеристики текстурованных лент из двойных сплавов никеля с тугоплавкими металлами после прокатки на 98 -99% и отжига

  9. Склонность сплавов к окислению при повышенных температурах. Термогравиметрические измерения увеличения веса на единицу площади образца при нагреве до 700 С 1 – Ni; 2 - Ni95,3Mo4,7;3 - Ni95,2W4,8;4- Ni95,9Re4,1; 5 - Ni95,2Re4,8

  10. Трехслойные композитные ленты–подложки из никелевых сплавов Ni95.2W4.8/Ni89Cr11 / Ni95.2W4.8с острой кубической текстурой в поверхностном слое и немагнитным средним слоем. а б Микроструктура поперечного сечения (а) и поверхности (б) композитной ленты после отжига при температуре 1100ºС, 1ч

  11. Анализ текстуры слоя Ni95.2W4.8 в трехслойной ленте толщиной 230 мкм после изотермического отжига 1100С, 1 ч. Микрокарта ориентировок зерен (а), полюсная фигура {001} (б) и гистограмма разориентировки границ зерен (в) {001}<100> – 83% а б в

  12. Анализ текстуры слоя Ni95.2W4.8в трехслойной ленте толщиной 100 мкм после изотермического отжига 1150С, 1 ч. {001}<100> – 93% а б в Микрокарта ориентировок зерен (а), полюсная фигура {001} (б) и гистограмма разориентировки границ зерен (в)

  13. Зависимость удельной намагниченности от напряженности магнитного поля при 80 К для лент из никеля (1), бинарного сплава Ni-4.8% W (2)и трехслойного композита Ni-4.8% W/ Ni-11% Cr/ Ni-4.8% W (3)

  14. Анализ текстуры сплава Fe50Ni50 после изотермического отжига 1050С, 1 ч. {001}<100> – 99% а б в Микрокарта ориентировок зерен (а), полюсная фигура {001} (б) и гистограмма разориентировки границ зерен (в)

  15. Микрокарта ориентировок зерен, полюсная фигура {111} и гистограмма разориентировки границ зерен Анализ текстуры сплава Cu-1.6 ат.% Fe после рекристаллизационного отжига 850°C, 1 ч. {001}<100> – 96%

  16. Микрокарта ориентировок зерен, полюсная фигура {001} и гистограмма разориентировки границ зерен Анализ текстуры сплава Cu-0,4 ат.% Cr после изотермического отжига 700°C, 1ч {001}<100> – 94%

  17. Микрокарта ориентировок зерен, гистограмма разориентировки границ зерен и полюсная фигура {001} Анализ текстуры сплава Cu-10 ат.% Ni после отжига с медленным нагревом 2 град.мин от 500 до 900°C, 1ч. {001}<100> – 99%

  18. Микрокарта ориентировок зерен, гистограмма разориентировки границ зерен и полюсная фигура {001} Анализ текстуры сплава Cu-40 ат.% Ni после рекристаллизационного отжига 1100°C, 1 ч. {001}<100> – 99%

  19. Свойства лент из сплавов меди и железа

  20. Заключение • Установлены условия получения острой кубической текстуры в лентах-субстратах из сплавов на основе никеля для эпитаксиального нанесения ВТСП YBa2Cu3O7-δ. Экспериментально определены и теоретически обоснованы границы легирования, соответствующие переходу текстуры деформации сплавов из текстуры типа меди в текстуру типа латуни. • Разработаны подходы к созданию высокопрочных двойных (Ni-Me) и тройных (Ni-Cr-Me и Ni-V-Me) сплавов с точкой Кюри ниже 77 К. • Оптимизированы режимы отжига для ряда бинарных никелевых сплавов, позволяющие получить после деформации прокаткой с большими степенями (98-99%) совершенную кубическую текстуру, близкую к монокристальной с содержанием двойниковых зерен на поверхности текстурованной ленты менее 1%. • Исследования склонности сплавов Ni-Mo, Ni-W и Ni-Re к окислению методом термогравиметрии показали, что сплав Ni95.3Mo4.7 обладает наилучшими из всех исследованных сплавов антикоррозионными свойствами при температурах 600-700°С. • С использованием отработанной в ИФМ УрО РАН технологии выплавки, получения заготовок и холодной прокатки на заводе ОЦМ получены ленты длиной до 15 м.

  21. Изучены процессы формирования текстуры рекристаллизации в трехслойной композитной Ni–4.8% W/Ni–11% Cr/Ni–4.8%W ленте после холодной деформации прокаткой со степенями 98.4÷99.3% и последующего высокотемпературного отжига. Максимальная степень совершенства кубической текстуры достигается в трехслойной ленте толщиной 100 мкм (степень деформации 99.3%) при самой высокой температуре рекристаллизационного отжига 1150С, 1 ч. Оценка магнитных свойств показала, что отожженная композитная лента имеет меньшую удельную намагниченность при рабочих температурах высокотемпературного сверхпроводника, чем используемая в настоящее время лента из сплава Ni–5% W, что способствует достижению более высоких значений критического тока в сверхпроводящем слое. • Исследован процесс текстурообразования в ряде бинарных медных сплавов после холодной деформации прокаткой на 98.6-99% и последующего рекристаллизационного отжига. Определены оптимальные режимы отжига, позволяющие получить в сплавах Cu-Ni, Cu-Fe и Cu-Cr острую биаксиальную текстуру с содержанием кубических зерен более 95%.

  22. Публикации • 1. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В. Текстурованные подложки из никелевых сплавов. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2012. 112 С. • 2. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В. Способ изготовления биаксиально текстурированной подложки из бинарного сплава на основе никеля для эпитаксиального нанесения на нее буферного и высокотемпературного сверхпроводящего слоев для ленточных сверхпроводников // Патент РФ № 2 451 766 С1. Бюл. № 15 от 27.05.2012. • 3. Гервасьева И.В., Соколов Б.К., Родионов Д.П., Хлебникова Ю.В., Подкин Я.В. Образование текстуры в сплавах никеля с некоторыми d-переходными металлами. 2. Текстура рекристаллизации // ФММ. 2003. Т.96, №2. С.95-101. • 4. Счастливцев В.М., Устинов В.В., Родионов Д.П., Соколов Б.К., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Носов А.П., Сазонова В.А., Васильев В.Г., Владимирова Е.В., Абальошев А., Гиерловский П., Левандовский С., Шимчак Х. Эпитаксиальные подложки из сплавов никеля с острой кубической текстурой для ленточных высокотемпературных сверхпроводников. Доклады АН. 2004. Т.395. №3. С.339-342. • 5. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Сазонова В.А., Соколов Б.К. Влияние легирования и термической обработки на формирование кубической текстуры рекристаллизации в никелевых сплавах // ФММ. 2005. Т.99. №1. С.88-98. • 6. Соколов Б.К., Гервасьева И.В., Родионов Д.П. Хлебникова Ю.В., Владимиров Л.Р., Шварцер Р. А. Влияние температуры прокатки на текстуры деформации и рекристаллизации в никеле и его сплавах // ФММ. 2005. Т. 99. № 2. С. 59-69. • 7. Gervasyeva I.V., Rodionov D.P., Sokolov B.K. and Khlebnikova Yu.V. Effect of Deformation Texture Component Composition on Cube Texture Formation during Primary Recrystallization in Ni-Based Alloys. Proc. of the 14th Int. Conf. on Textures of Materials. Leuven, Belgium. 2005. Materials Science Forum, V.495-497. P. 1213-1218. Trans. Tech. Publication 2005.

  23. 8. Хлебникова Ю.В., Гервасьева И.В., Родионов Д.П.,.Сазонова В.А, Соколов Б.К. Получение эпитаксиальных подложек на основе никелевых сплавов для ленточных высокотемпературных сверхпроводников // Изв. РАН. Сер. физическая. 2005. Т. 69. №7. С. 1052-1056. • 9. Счастливцев В.М., Гервасьева И.В., Родионов Д.П., Хлебникова Ю.В., Досовицкий Г.А., Бледнов А.В., Горбенко О.Ю., Кауль А.Р., Сивков М.Н., Штырлов А.С. Ленточные эпитаксиальные подложки из сплавов Ni-Pd и Ni-W-Pd для высокотемпературных сверхпроводников второго поколения // Доклады АН. 2007. Т.412, №3, с.361-364. • 10. Гервасьева И.В., Родионов Д.П., Хлебникова Ю.В., Вильданова Н.Ф., Штырлов А.С., Досовицкий Г.А., Кауль А.Р. Образование кубической текстуры в сплавах никеля с палладием для эпитаксиальных подложек ленточных высокотемпературных сверхпроводников // ФММ. 2007. Т.103, вып.6. С. 633-641. • 11. Gervasyeva I.V., Rodionov D.P., Khlebnikova Yu.V., Dosovitskii G.A., Kaul A.R. Cube Texture Formation in Ni-Pd and Ni-Pd-W Alloys for HTS Tapes. Proc. of the 15th Int. Conf. on Textures of Materials, Pittsburg, Pensylvania, June 1-6, 2008. Ceramic Transactions. 2008. V. 201. P.23-34. • 12. Rodionov D.P., Gervasyeva I.V., Khlebnikova Yu.V., Kazantsev V.A. Epitaxial Substrates from Ni-Based Ternary Alloys with Cr and W. Proc. of the 15th Int. Conf. on Textures of Materials, Pittsburg, Pensylvania, June 1-6, 2008. Ceramic Transactions. 2008. V. 201. P.11-22. • 13. Гервасьева И.В., Родионов Д.П., Хлебникова Ю.В., Казанцев В.А. Образование текстуры в тонких лентах Fe-Ni сплавов при холодной прокатке и рекристаллизации // ФММ, 111, № 3, С. 280-289 (2011). • 14. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Казанцев В.А., Виноградова Н.И., Сазонова В.А. Влияние рекристаллизационного отжига на формирование совершенной кубической текстуры в ГЦК-никелевых сплавах // ФММ. 2011. Т. 111. № 6. С. 628-638. • 15. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Казанцев В.А., Сазонова В.А., Егорова Л.Ю., Гуляева Р.И. Кубическая текстура рекристаллизации лент-подложек из никелевых сплавов, легированных тугоплавкими элементами W, Mo, Re // ФММ. 2012. Т. 113. № 11. С. 1141-1152.

  24. 16. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Казанцев В.А., Сазонова В.А. Ленты-подложки с кубической текстурой из тройных сплавов NiCrМe (Мe=W, Мo, V) для сверхпроводящих кабелей второго поколения // ФММ. 2012. Т.113. № 5. С. 532-541. • 17. Irina Gervasyeva, Dmitrii Rodionov, Yulia Khlebnikova. Texture Formation in Thin Tapes from Ni-based Ternary Alloys with Cr, W, Mo and V // Proc. of the 16th Int. Conf. on Textures of Materials ICOTOM 16. Materials Science Forum, Trans. Tech. Publication, 2012. V. 702-703. P. 908-911. • 18. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Казанцев В.А., Егорова Л.Ю. Свойства текстурованных лент-подложек из сплавов Ni—Re для высокотемпературных сверхпроводников // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 1. С. 10-15. • 19. Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Родионов Д.П., Белослудцева Е.С., Милютин В.А., Суаридзе Т.Р. Формирование кубической текстуры при отжиге прокатанных лент из сплавов Ni95.3Mo4.7 и Ni48.8Fe51.2 // ФММ. 2013. Т. 114. № 2. С. 189-198. • 20. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Гуляева Р.И., Суаридзе Т.Р., Егорова Л.Ю. Оценка антикоррозионных свойств текстурованных лент-подложек из никелевых сплавов, легированных тугоплавкими элементами // Материаловедение. 2013. № 4. С. 25-30. • 21. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В. Текстурованные ленты-подложки из трехслойного композита Ni–5% W/Ni–11% Cr для высокотемпературных сверхпроводников второго поколения // ПЖТФ. 2013. Т. 39. № 12. С.1-7. • 22. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В., Казанцев В.А., Егорова Л.Ю. Кубическая текстура рекристаллизации в трехслойных лентах-подложках из никелевых сплавов Ni–4.8 ат.% W/Ni–11 ат.% Cr/Ni–4.8 ат.% W// ФММ. 2013. Т. 114. № 9. С. 831-840. • 23. Хлебникова Ю.В., Гервасьева И.В., Суаридзе Т.Р., Родионов Д.П., Егорова Л.Ю. Создание текстурованных лент-подложек из сплавов CuFe для высокотемпературных сверхпроводников второго поколения // ПЖТФ. 2014. (В печати).

  25. Спасибо за внимание!

More Related