涂层导体用金属镍基带中立方织构形成机理研究

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金属纯镍是制备第二代高温涂层超导带材的金属基体材料,也是理想的用于理论研究的金属材料。纯镍为中等层错能面心立方金属,其在大变形后的热处理过程中容易得到强立方织构,同时也会形成退火孪晶界,而退火孪晶界的存在严重影响高温超导涂层导体的导电性能。因此,我们以纯镍材料为研究对象,主要采用显微硬度测试技术、EBSD、XRD等表征技术,通过改变轧制路径来对比研究立方织构形成机制,在此基础上研究了形变前材料初始取向和预退火处理对立方织构形成演变的影响,并进一步对退火孪晶在再结晶和晶粒长大过程中不同取向区域的特征分布作了讨论。实验结果对于第二代高温超导基带的制备具有重要的指导意义。主要研究内容和研究成果如下:  通过准原位和非原位电子背散射衍射技术(EBSD)表征方法,研究了轧制路径改变对纯镍形变组织和织构以及随后再结晶过程中再结晶组织和织构的影响,进而分析与探讨了应变路径改变对立方织构形成的影响以及交叉轧制样品中再结晶织构的形成机理。研究表明:(1)应变路径改变对样品宏观织构的影响显著,单向轧制样品中宏观织构组分为S,Copper和Brass取向,而交叉轧制样品中宏观织构为Brass和ND旋转Brass取向,且前者的织构强度明显高于后者;交叉轧制样品中形变立方取向含量大于单向轧制样品,其可能是形变过程中其它取向晶粒旋转而形成的;同时,交叉轧制样品中的立方取向形变带沿轧向不连续分布,内部没有形成累计取向梯度;(2)通过准原位研究表明,在低温退火过程中,交叉轧制样品中立方取向形变带具有大的局部应变,没有发生优先形核,且随着再结晶的进行,部分立方形变带被其它取向的再结晶晶粒吞并;同时,组织内形成了<012>//ND的纤维织构,但其强度较弱;(3)单向轧制样品在高温(800℃)退火处理后,形成了立方取向晶粒团簇,造成微观组织中晶粒取向分布不均匀,使得特殊晶界(退火孪晶界和小角度晶界)分布不均匀,导致了晶粒异常长大的发生。  采用单向和交叉轧制工艺制备了两种具有不同初始取向(立方织构和纤维织构)的样品,探索初始取向对立方织构形成的影响,研究表明:(1)两种初始取向的样品经过冷轧后,其形变组织没有显著差异;其形变织构均为典型的“铜型”冷轧织构,但初始取向为立方织构的样品内冷轧织构成分S和Copper取向含量略高,同时形变立方取向含量是纤维织构样品的近似两倍,即形变前材料中的立方取向含量与形变基体中立方取向含量具有正比例关系;(2)在不同退火温度下,立方织构形变样品中的较多的立方取向形变带为立方取向晶粒提供了更多的形核机会,但这种形核优势随着退火温度的升高而减弱,表现为随着退火温度的升高,两种样品内立方织构含量和强度均增大,但差异减小。  将高纯镍进行大变形量冷轧后,进行不同温度的预退火处理,然后分别进行低温和高温再结晶处理,研究预退火温度和再结晶温度对立方织构形成的影响。研究表明:225℃预退火处理后,样品宏观织构和显微硬度无显著变化,但晶格畸变减小,同时微观组织中形成了少量的立方和非立方取向晶核,且立方取向晶核平均尺寸大于非立方取向晶核,有利于高温下立方织构的强化;而275℃预退火处理后,宏观织构中出现了RD旋转立方织构,硬度值降低,晶格畸变显著减小,且微观组织中非立方取向晶核数量增量大于立方取向晶核,在再结晶过程中非立方取向晶核与立方取向晶核同时长大,抑制立方取向晶粒长大,弱化了立方织构。经过预退火处理的样品经低温再结晶处理后,立方织构含量变化不明显,这是由于低温再结晶过程中晶粒长大优势被抑制。  将纯镍进行大变形量冷轧变形,随后在低温下进行不同时间退火处理,研究了立方织构和退火孪晶在在再结晶和晶粒长大过程中的演变规律,研究表明:(1)随着退火时间的延长,微观组织中形成了立方择优取向;立方孪生区域的晶粒平均尺寸大于非立方孪生区域晶粒尺寸,但是前者的退火孪晶密度低于后者;退火孪晶的形成不仅与晶界迁移速率有关系,还与微观取向的分布有关系,即退火孪晶密度在晶粒择优取向区域低于非择优取向区域;(2)再结晶过程中,随着退火时间延长,退火孪晶的密度逐渐增加达到最大值,而继续延长退火时间,退火孪晶密度则降低;(3)晶粒长大过程中,随着晶粒尺寸的增大,退火孪晶片段的长度增加,且立方孪生区域的退火孪晶片段长度大于非立方孪生区域。
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