книги из ГПНТБ / Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами

затем волочением с суммарным обжатием до 99,97%. Указанным способом* получают нити диаметром 0,325 мм и тоньше.

Слитки из сплавов Nb—Zr и Nb—Ti, полученные ду­ говой плавкой с последующим электроннолучевым пере­ плавом, проковывают или прокатывают, а затем подвер­ гают волочению, деформацию проводят с промежуточной термической обработкой при температурах ^1000°С (лучше всего 700—785°С) в течение 3 ч '[64]. Характерис­ тики сверхпроводимости сплавов систем Nb—Zr, Nb— Zr—Ti повышаются при переходе в двухфазное состоя­ ние.

Подобен предыдущему процесс получения биметал­ лической сверхпроводящей проволоки на основе сплава

Nb—Ti**, например 52% Nb-f-48% Ti. Слитки указанно­ го сверхпроводящего сплава выплавляют в дуговых пе­ чах с атмосферой аргона. Слитки диаметром 88,9 мм и длиной 508 мм сначала проковывают .при температуре ~480°С на пруток диаметром 69,85 мм. Затем этот ко­ ваный пруток из сверхпроводящего материала после под­ готовки контактных поверхностей помещают в полость медной трубки с внешним диаметром 88,9 мм. Получен­ ную биметаллическую заготовку сначала прессуют на диаметр 19,05 мм, а затем прокатывают на диаметр 5,08мм в горячем состоянии. После прокатки заготовку подвергают отпуску при температуре 450°С. с выдержкой в течение 4 ч. Затем производят передельное волочение до диаметра 2,032 мм, повторный отпуск по вышеуказан­ ному режиму и окончательное волочение до диаметра 0,508 мм; вместо промежуточной термообработки можно применять вакуумный отжиг при температуре 500—700°С.

Отечественный сплав Nb+40 % Ti-f-5% А1 (марка 55БТЮ) после закалки с 1000° подвергают пластической деформации волочением с обжатием 40%, а затем — отпуску при температуре 650—725° С.

Следующий процесс является примером многократ­ ной совместной деформации компонентов, составляющих ■сверхпроводящую проволоку***. Материалом для полу­ чения сверхпроводящих нитей служат интерметалличе­ ские соединения системы Nb—Sn. Эти соединения можно получать либо разложением смеси паров хлористого нио­

*Пат. (США), кл. 29—599, № 3570118, 1971.

**Пат. (США), кл. 148—>11.5, № 3476615, 1970.

***Пат. (США), кл. 29—599, № 3370347, 1969.

91

бия и хлористого олова и волочением заготовок, состав­ ленных из концентрических трубчатых элементов нио­ бия и олова, или заливкой расплава олова между соос­ ными трубками из ниобия и последующим волочением [65]. Соединения Nb—Sn могут иметь различный состав: Nb4Sn образуется после термической обработки при

950—1100°С в течение 20 ч; Nb3Sn2 — при 850—900°С в течение 20 ч; Nb2Sn3 — при 700—®00°С в течение. 20 ч.

Нити интерметаллида Nb3Sn вставляют в полость алю­ миниевой трубки, подвергают совместной деформации волочением, затем биметаллическую проволоку режут, вставляют отрезки в другую алюминиевую трубку, вновь производят волочение и т. д. Совместную пластическую деформацию на первых стадиях можно осуществлять и прессованием. Указанным способом можно получать про­

можно получить волочением без оболочки из мягкого ме­ талла. После окончания волочения проволоку следует отжигать при температурах 350—600°С в течение 10— 25 ч. Отожженная проволока обладает проводимостью Ш 000 А/см2 при 5°К (диаметр проволоки 0,2 мм) как в немагнитных, так и магнитных полях.

Разработан также способ* получения тонких прут­ ков и проволоки, обладающих сверхпроводимостью и применяемых в мощных электромагнитных системах, нанесением покрытия из олова на основу из чистого ни­ обия. Ниобйевый стержень помещают в камеру с высо­ ким давлением паров олова. После выдержки в камере при температуре 900—1100°С проволока в результате взаимодиффузии основного металла и покрытия приобре­ тает сверхпроводящую интерметаллическую оболочку

Nb3Sn.

Известен комбинированный непрерывный метод по­ лучения полиметаллической прочной проволоки для за­ поминающих устройств счетно-вычислительных машин**. Прочную тончайшую нить (10 мкм) вольфрамовой проволоки покрывают слоем карбида кремния SiC из паровой фазы. Покрытие наносится в электрообогрева-

92

расплаве (толщина алюминиевого покрытия 1—б мкм), после чего подвергают пиролизу паро-газовой смеси кар­ бонильных соединений № (С 04) и Fe(CO)5 с целью по­ лучения ферромагнитной оболочки из сплава Fe—Ni.

Известны процессы получения биметаллической сверх­ проводящей проволоки* пропусканием нити через ра­ сплав. Например, тонкую проволоку диаметром 0,127 мм) из ниобия или ванадия пропускают со скоростью 1,5—6,0 м/мин через ванну с расплавом олова. Процесс ведут в атмосфере инертных газов (аргона или гелия) в интервале температур 650—1300°С (оптимальный интер­ вал 850—)ИОО°С). Время нанесения покрытия 2Ю! с. Пос­ ле выхода из расплава целесообразно сделать калибро­ вочную протяжку.

Подобным способом могут быть получены сверхпро­ водники различных составов. Проволоку из титана, гаф­ ния или циркония можно пропускать через расплавы галлия, индия или олова. После нанесения покрытия для интенсификации взаимодиффузии и образования интерметалличеокого сверхпроводящего слоя необходим диф­ фузионный отжиг. Например, для быстрого получения сверхпроводящего интерметаллида Nb3Sn после нанесе­ ния покрытия в течение 1—5 с в. ванне с температурой расплава олова 700—900°С и калибровочной протяжки с уменьшением диаметра биметаллической проволоки на

Помимо рассмотренных, заслуживают внимания спо­ собы получения сверхпроводников, основанные на мето­ дах порошковой металлургии**. Пасту с любым извест­ ным летучим органическим наполнителем, включающую порошок олова и галлия, наносят на поверхность прово­ локи из ниобия или ванадия. Подачу пасты обеспечива­ ют различными способами, но чаще других используют шнековые системы. Проволока с пастообразным покры­ тием выходит через калиброванное отверстие в стенке камеры для нанесения покрытия, затем поступает в ка­ меру нагрева с температурой 900—1200°С й нейтральной атмосферой. Происходит диффузионное объединение по­ рошка олова или галлия с поверхностью проволоки иоб-

* Пат. (США), <кл. 117—227, № 33902055, 1969; пат. (ФРГ), кл. 40в, 1/00 К.'22С), № 1210991, 1966.

** Пат. (США), кл. 117—227, № 3252832, 1966.

93

I

разование сверхпроводящего слоя. Одновременно улету­ чивается связка пасты (пластификатор).

Сверхпроводники можно получать и по классической схеме производства полуфабрикатов из порошковых ма­ териалов*. Смесь порошков ниобия и олова помещают в оболочку из ниобия или никеля, герметизируют, брике­ тируют, подвергают дегазации при высокой температуре, прессуют, отжигают и, наконец, производят окончатель­ ные операции — волочение и отжиг.

До некоторой степени особняком стоит процесс уп­ рочнения токопроводящей проволоки. Проволоку из алюминия, меди, титана, молибдена, никеля и других то­ копроводящих материалов оплетают волокнами карби­ дов, нитридов, окйслов и пр. Волокна, используемые для этой цели, имеют диаметр 1—4идлину 1000—ЮОООмкм. Затем проволоку с оплеткой из высокопрочных волокон пропускают через ванну с расплавом того же материала, из которого изготовлена проволока (материал проволо­ ки может также наноситься другими методами). Таким способом получают проволоку с объемной долей волок­ нистых частиц-упрочнителей 0,1—70%■

Например, никелевая проволока с 8—ilK)% Si-C уп­ рочняется указанным способом до 580—880 МН/м2 (68—88 кгс/мм2) и приобретает повышенный модуль уп­ ругости £ = 2 1 0 —310 ГН/м2 (21000—31000 клс/мм2).

Характеристики сверхпроводников приведены в табл. 23.

* Пат. (Франция), кл. В'22, HQ1, № 1517689, 1968.

94

Проволока из никелевых, ферроникелевых и кобальтовых сплавов

Катанка из никелевых сплавов имеет стандартный ди­ аметр 7,2 мм. После отжига поверхность очищают (ще­ лочно-кислотный способ) и наносят подсмазочное пок­ рытие (чаще всего известково-солевое). Волочение с ди­ аметра 7,2 на 1,4 мм производят на многократных ста­ нах без скольжения со скоростью 2—5 м/с, волочение тонкой проволоки — на станах со скольжением со ско­ ростями до 12 м/с.

, Никельхромовая проволока производится по следую­ щей схеме [66]:

1)отжиг катанки;

2)волочение с 7,20' до 6,40 мм>( слабое травление с

последующим омеднением)

3)волочение с 6,40 до 3,20 мм (отжиг, травление с осветлением, омеднение);

4)волочение с 3,20 до 1,80 мм (то ж е);

б) волочение с 1,80 до 1,40 мм (то же);

6)волочение с 1,40 до 0,90 мм (то ж е);

7)волочение с 0,90 до 0,60 мм (то ж е);

8)волочение с0,60 до 0,50 мм отжиг, травление, про­ мывка, сушка, консервация).

Проволоку с высокими механическими характеристи­ ками получают из сплавов системы Ni—Be. Например, проволока из сплава марки ЭИ996 (2,0—2,6% Be, ос­ тальное никель) после закалки с 1020—Ю50°С (охлаж­ дение в воде имеет предел прочности 800—820 М|Н/м2). относительное удлинение 31—35%, а после отпуска при температуре 420—|500°С в течение 2—3 ч ее предел прочности составлял 1700—1830 Мн/м2 (170—183 кгс/ мм2), относительное удлинение 3,6—7,5%, модуль упру­ гости 1!00—260 Г(Н/м2 (19000—20500 юге/мм2) [67]. Осо­ бенно ценное свойство этой проволоки — постоянство прочности при температурах до 250°С.

Для работы при температурах 450—600°С предназ­

начена проволока из сплавов марок ЭИ996В6К (1,5—1,9% Be, остальное никель) и ЭЙ996В8К (1,5—1,9% Be, 7—9%W, 2,5—4,0% Со, 0,001 —0,002% В, остальное ни­ кель). Закалку этих сплавов производят с температуры 1050—ПООЧС, отпуск — при 575°С в течение 2—3 ч. Во лочение проводят со степенью деформации ~35% [68].

Никелевую проволоку с высокими механическими

95

свойствами при повышенных температурах получают из многих сплавов, составы, режимы обработки и свойства которых приведены в табл. 24.

Таблица 24

Характеристики никелевых сплавов [68]

рах производят также из сплавов систем Fe—Ni и Fe— Ni—iCr.

Проволока из дисперсионно твердеющих сплавов марок 42НХТЮ и 44НХТЮ тонких размеров после зна­

210 кгс/мам2) , а проволока из сплавов с карбидным упроч­ нением 35НХМВ и близких по составу после закалки с 1050°С и отпуска при 500°С — до 1650 МН/м2 (165 югс/мм2). Составы, режимы обработки и механиче­ ские свойства ферроникелевых сплавов приведены в табл. 25—27.

Проволока из сплавов на основе кобальта имеет вы­ сокую стоимость, но ПО' физико-механическим характе­ ристикам представляет собой весьма перспективный вид волокон. Предел прочности сплавов системы Со—Ni— Сг—(Fe с добавками молибдена, вольфрама, титана, бе­ риллия, рения, марганца, меди, кадмия может достигать

96

Таблица 27

Механические свойства зарубежных сплавов Fe—Ni—Сг [65, 70]

(75)(17700)

Бериллиевая проволока

Этот вид металлических волокон привлекает особен­ но пристальное внимание, так как бериллиевая проволо­ ка имеет очень высокие удельную прочность и модуль уп­ ругости. В отличие от большинства металлов бериллий разупрочняется при введении легирующих элементов, поэтому высокопрочную проволоку лучше всего получать из бериллия с очень незначительными добавками, ука­ занными в табл. 30.

Схема получения заготовок из бериллия включает в число основных этапов получение пранул из фторида этого металла, их расплавление и литье слитков, перера­ ботку слитков в стружку, переработку стружки в поро­ шок, прессование (брикетирование), спекание, обработ­ ку давлением различными способами.

Типичные механические свойства холоднотянутой проволоки диаметром 0,127 мм, полученной из различ­ ных заготовок, приведены в табл. 31.