镍基金属材料及其生产方法 【技术领域】
本发明涉及1种镍基金属材料及其生产方法。本发明的材料举例来说可用作带有显微结构高度定向的物理化学涂层的基材。这种基材适宜作为陶瓷涂层的基底，它可应用于高温超导领域。如可应用于超导磁体、变压器、电动机、X射线断层摄影机或超导电流通路。这种材料也可应用于磁性体领域，例如特别应用于作为磁蕊箔，它可将力学作用转化为磁电效应。现有技术状况
众所周知带有立方面心晶格的多晶体金属，如镍、铜和铝，先通过轧制方法的强冷加工然后进行再结晶，得到明显的带有立方体层的结构(G.Wassermann：金属材料结构，Springer出版社，柏林，1939)。用这种方法得到的结构化的金属带，特别是镍带可用作金属涂层、陶瓷缓冲层和超导层的基材(A.Goyal等：US Patent 5 741 377，1998年4月21日)。这种金属带作为基材的适用性主要取决于所能达到的结构化程度和涂层方法决定地加工温度范围。
众所周知，纯金属用其它金属元素合金化可以提高再结晶温度。但是与此同时随合金元素含量增高，立方结构度剧烈降低，特别是这种情况在合金元素溶解量很小的范围中已经发生(R.E.Smallman：Journ.Inst.Metals 84(1955-56)10-18)。例如对钻来说，随铁含量增高，在10至300ppm范围中，再结晶温度大辐度提高，而立方结构明显地减少(W.B.Hutchinson，H.E.Ehstroem：Mater.Sci.Technol.6(1990)1103-1111)。同样也证明了镁对镍的可结构化性有强烈地副面影响(K.Detert等，Z.Matallkde 54(1963)263-270)。只要有600原子-ppm的镁，已经可以阻止生成立方体结构。同时也证明了合金元素会提高镍的再结晶温度(K.Detert，G.Dressler：Acta Metall 13(1965)845-853)。例如适合这种情况的合金元素有铬和钼。另外这些合金元素结构在退火时的热力学稳定性和精度的特殊作用和特别是它们在镍中的溶解度至今还不清楚。此外还发现，镍中含3原子％钼时，已经不能形成立方结构(K.Detert等：Z.Metallkde 54(1963)263-270)。
由此出发，为了能够观察镍本身的行为，必须保证外加元素含量小于100ppm(E.D.Specht等：Supercond.Sci.Technol.11(1998)945-949)。在外加元素含量较高时，镍的初次再结晶结构很少能完全形成立方结构，此外在较高的温度下，初次长大的立方结构会发生二次再结晶过程(R.E.Smallman，C.S.Lee：Mater.Sci.Eng.A 184(1994)97-112)。在一般涂层条件下，如它们析出超导层时温度可达到700℃至800℃。
目前还没有关于合金元素对变形加工和退火结构作用的普遍适用的理论，特别是对镍金属适用的理论。本发明的内容说明
本发明的目的是开发1种镍基金属材料，它与工业纯镍比较，有1种高强度和热稳定的立方结构。本发明还有另一种目的就是开发生产这种材料的方法。
本发明的目的是通过提供1种具有再结晶结构的金属材料实现的，它是由镍合金组成，其成分相应于通式
Nia(Mob，Wc)dMe其中M为除Ni、Mo或W以外的1种或多种金属，并且
a＝100-(d+e)，
(d+e)≤50，
b＝0-12，
c＝0-12，
d＝(b+c)＝0.01-12，
e＝0-49.9，均为原子％，
并选择性地含有少量的由生产过程带来的夹杂物。
优选Mo和/或W的总含量在0.01-0.3原子％的范围或在3-12原子％的范围。
如果由工业纯Ni和含量为0.1原子％或5原子％或10原子％Mo和/或W组成材料，它具有特别有利的性能。
合金元素M由元素周期表第4周期的1种或多种金属组成，这是合乎本发明目的的，优选含有V、Cr和/或Cu。
为了生产本发明的材料首先应用火法冶金方法或粉末冶金方法或力学冶金方法，它的成分相应于通式：
Nia(Mob，Wc)dMe其中M为除Ni、Mo或W以外的1种或多种金属，并且
a＝100-(d+e)，
(d+e)≤50，
b＝0-12，
c＝0-12，
d＝(b+c)＝0.01-12，
e＝0-49.9，均是原子％，并选择性地含有少量由生产过程带来的夹杂物。合金通过热加工和随后高比率的冷加工加工成带，其压缩比大于80％，最后在还原性或非氧化性气氛下进行再结晶退火，得到立方结构。
火法冶金生产合金优选浇铸在1个铜锭模中。
粉末冶金生产合金可以优选通过在等静压条件下冷模压和/或热模压进行。
藉助轧制法进行高比率的冷变形加工是符合本发明的目的，其中压缩比大于80％，优选大于98％。
根据本发明的再结晶退火在温度范围350℃至1150℃下进行。
根据本发明的方法，在工业纯镍中加入少量Mo和/或W组成微合金，立方体底的相对结构度在冷轧和退火后提高10至25％。工业纯镍的退火结构的热稳定性只能保持至约600℃，而微合金的结构的热稳定性可以保持至超过1100℃。
2种微合金元素Mo和/或W对结构化材料的应用性质有特别有利的作用，因为在带有缓冲材料和/或超导材料涂层的条件下，镍底层的组织结构保持不变。析出物质的外延生长或准外延生长的增长部分在过程期间不会被破坏。
非常意外的是，根据本发明含Mo和/或W的高合金镍材料也有有利的作用。如含5原子％Mo或W的镍合金，在退火温度高于900℃时形成高比率的立方结构。应用这种基质合金可以生产非磁性带，因为这2种元素大幅度降低了居里温度(Curie-Temperatur)。其中1个特殊的优点是超导材料在使用交流电时损失特别小。此外与此同时相联系的还有有利的因溶体淬火硬化，它使基质的强度提高2至3倍。
对初始原材料来说，除了使用火法冶金方法生产本发明的材料是适当的以外，还可使用通过冷等静压模压或热等静压模压的粉末冶金法生产本发明的材料。
冶金方法生产的浇铸锭或压制坯可以通过热变形加工得到限定的晶粒大小和通过均匀退火得到对冷变形加工有利的原始组织。关于热加工变形温度、退火温度和时间可以根据最佳进行冷变形加工的需要由专家确定。适宜的再结晶退火气氛是还原性气氛或中性气氛。随着合金元素含量增高，退火温度和时间也增加，这可由专家确定。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。附图的简短说明
图1是含0.1原子％W的Ni在冷加工和在800℃的再结晶后，其立方结构的极象图；
图2是退火温度对Ni和含0.1原子％Mo或W的Ni形成立方结构的影响图；
图3是退火温度对Ni和含不同Mo含量的Ni形成立方结构的影响图；
图4是退火温度对Ni和含不同W含量的Ni形成立方结构的影响图。
在图2至图4中，在极象图的位置中应用垂直有限系数I(100)(Lotgeringfaktor)作为表示立方结构度的特征系数。实施本发明的方法实施例1
工业纯度为99.9原子％的Ni，加入0.1原子％Mo或0.1原子％W组成合金，熔化后浇铸在锭模中，合金锭在1100℃下轧制成四方块(22×22)mm2，加热均匀化并淬火。为了通过随后的冷轧得到无缺陷的表面，将四方块进行切削加工。冷轧的压缩比为99.6％。
所得镍带的厚度为80μm，已经高比率地结构化。随后在400℃以上，直至1150℃温度下加热30分钟。其结果为如图1和图2所示的1种几乎完全的再结晶立方结构。X射线测量的(100)-反射强度与其它反射强度频率相比较(垂直有限系数)证明了Mo和W对强化结构有明显的合金效应。无添加元素的镍带有较低的(100)强度，在加热温度高于600℃时，该(100)强度还会进一步减小。实施例2
工业纯度为99.9原子％Ni，添加5原子％Mo或5原子％W组成合金，浇铸在锭模中，锭块在1100℃下轧成(22×22)mm2的四方块，加热均匀化并淬火。为了随后在冷轧中得到无缺陷的表面，将四方块进行切削加工。轧制压缩比为99.6％。
所得镍带的厚度为80μm，已是高比率地轧制结构。在高于800℃直至1150℃进行30分钟的加热。结果得到的是几乎完全再结晶的立方结构(图3和图4)。X射线测量的(100)-反射强度与其它的反射强度频率相比较(垂直有限系数)证明Mo或W对结构强化有明显的合金效应。无添加的Ni带有较低的(100)-强度，当加热温度高于600℃时，该强度还会进一步减小。这种带的强度由于固溶硬化的非合金的Ni提高约2倍。实施例3
工业纯度为99.9原子％的Ni，加入4原子％Mo和6原子％W组成合金浇铸在1个锭模中。锭块在1100℃下轧制成(22×22)mm2的四方块，加热均匀化和淬火。为了通过随后的冷轧得到无缺陷的表面，将四方块进行切削加工。冷却的压缩比为99.6％。
所得镍带的厚度为80μm，已是高比率的轧制结构体。在温度高于900℃直至1200℃时进行30分钟的退火处理。所得的结果是1个再结晶结构体，它与原先的Ni的轧制平面和立方表面进一步吻合。X射线测量的(100)-反射强度与其它的反射强度频率相比较(垂直有限系数)证明Mo或W作为合金元素，在1100℃的加热温度下得到更大的(100)-强度值(纤维结构)。
通过在最佳条件下进行冷轧和退火处理，特别是延长退火处理时间，从立方体底意义来说，进一步强化了结构。由于固溶硬化，合金带的强度比非合金的镍带强度提高约3倍。同时抑制了铁磁性，因为由合金元素决定的居里温度大幅度降低，例如含9.15原子％Mo的合金Ni基质，居里温度降至60K至70K范围内，结构化的合金没有铁磁性。实施例4
工业纯度为99.9原子％Ni，加入9.5原子％V和0.3原子％W组成合金，浇铸在锭模中。合金的化学式为Ni90.2W0.3V9.5。合金锭在1100℃下轧制成四方块(22×22)mm2，加热均匀化和淬火。为了在随后的冷轧中得到无缺陷的表面，将四方块进行切削加工。冷轧的压缩比为99.6％。
所得的镍带厚度为80μm，已经高比率的结构化。在高于900℃时(直至1200℃)进行30分钟退火热处理。得到的是1个再结晶立方结构体。
通过在最佳条件下进行冷轧和退火处理，特别是延长退火处理时间，从立方体底意义来说，进一步达到结构强化。由于固溶硬化，合金Ni带的强度比非合金Ni的强度提高约2至3倍。同时抑制了铁磁性，因为由合金元素决定的居里温度大幅度降低，因此在液氮的温度范围77K结构化的合金没有铁磁性。