涂层导体用Ni-5at.%W合金基带织构形成过程中磁学性能研究

Recently, the YBa2Cu3O7-x(YBCO) coated conductor epitaxially growing from textured metallic substrate has a promising application due to its high current density and low preparation cost. But, there is an AC loss in the practical applications. The Ni-5at.%W（Ni5W）alloy substrate plays an important role due to its ferromagnetic loss. Thus, to optimize the magnetic properties of the Ni5W substrate is one of the most urgent problems to be solved. In this proposal, considering of the preparation process of Ni5W substrate, the influence of residual stress on the magnetic properties would be investigated firstly. Then the relationship between deformation texture and recrystallization texture and its effect on the magnetic properties will be analyzed. At the same time, the influence mechanism of microstructure and grain boundaries on the magnetic properties are also be considered. Finally, the controlling model of magnetic properties might be built, which could provide theoretical basis for preparing the high quality textured Ni5W substrate.

近年来，以织构金属基带为基底制备的第二代高温超导材料钇钡铜氧（YBCO）涂层导体由于具有高的电流密度和低的制备成本等优点有着广泛的应用前景。但其在实际应用中具有交流损耗，其中Ni-5at.%W（Ni5W）合金基带的铁磁损耗不可忽视，因此如何有效地优化基带的磁性能是YBCO涂层导体实用化进程中迫切需要解决的难题之一。本项目拟结合Ni5W合金基带的制备工艺，首先研究冷轧基带中残余应力对磁性能的影响规律，其次分析形变织构向再结晶织构转变过程中取向之间的关联性以及各取向与磁化过程的内在本质联系，最后通过对再结晶立方晶粒的组织形貌和晶界对磁性能的影响机制进行表征，进而构建Ni5W合金基带织构形成过程中基带磁性能的调控模型，为优化制备高性能织构Ni5W合金基带提供理论依据。

Ni5W合金基带由于其较易获得立方织构，并且具有较好的机械性能，是一种较好的涂层导体用织构合金基带。但其在应用过程中具有一定的磁滞损耗。本项目以商业化的Ni5W合金基带为研究对象，分析了基带织构形成过程中残余应力、织构转变和立方织构对磁性能的影响规律，发现：冷轧Ni5W合金基带中，残余应力在基带表面为不均匀分布。在去应力热处理过程中，基带中织构类型未发生改变，基带表面的磁畴由模糊的畴结构逐渐变为清晰的180°畴，并且畴间距逐渐变大。同时发现，基带的饱和磁化强度和矫顽力分别与晶粒的取向度和畴壁运动有关。在基带由轧制织构向再结晶织构的转变过程中，基带中立方晶粒开始形核并长大，基带的饱和磁化强度、矫顽力和磁滞损耗均大幅下降，这主要是基带中晶界含量降低，使基带在磁化过程中的“钉扎”效应降低。在立方织构形成过程中，随热处理温度的升高，立方取向含量迅速增加。基带表面的畴结构由180°畴向复合180°结构转变，最终形成完美的branch-畴结构。这主要是由于基带中形成了大量的小角度晶界所造成的。而复杂的畴结构又使基带在磁化过程中的损耗进一步增加。在高温热处理阶段，较高温度的热处理，可以降低了基带中的晶界含量，有利于进一步降低磁滞损耗；同时，基带中锐利的立方织构成为了磁化过程中的阻力，使基带的磁滞损耗有所上升。因此，在制定最终的高温热处理工艺时，应在立方织构与磁滞损耗之间达到最佳的平衡来获得最佳的Ni5W合金基带性能。