Полупромышленное опробование технологии производства текстурованных лент-подложек

Металлические текстурованные ленты применяются для эпитаксиального нанесения на них буферных и сверхпроводящего (YBa₂ Cu₃ O_7-δ) слоёв при создании так называемых сверхпроводящих ВТСП-проводов второго поколения [1]. В качестве материала подложки используются обычно никель и его сплавы, имеющие ГЦК-решётку. Ленты из этих материалов должны обладать острой кубической текстурой {100}<001> для того, чтобы задавать ориентационное совершенство буферных слоёв и сверхпроводящего слоя YBa₂ Cu₃ O_7-δ при эпитаксиальном нанесении их на подложку. Помимо получения высокой степени совершенства кубической текстуры для возможности производства и последующей эксплуатации длинных лент, необходимо обеспечить их высокую механическую прочность. Кроме того, для повышения величины критического тока в многослойной ленте ВТСП нужно создать немагнитные ленты-подложки.
В Институте физики металлов УрО РАН были подробно изучены условия получения острой кубической текстуры в тонких лентах из никеля и его сплавов. Исследовано влияние исходной структуры заготовок, режимов деформации и отжига, степени обжатия при холодной прокатке в лентах из чистого никеля [2]. С целью повышения прочностных свойств лент-подложек изучена возможность получения острой кубической текстуры в тонких лентах двойных сплавов на основе никеля с элементами V, VI, VII и VIII групп периодической системы (Nb, W, Re, Mo, V, Mn, Al, Cr, Pd) в зависимости от содержания легирующих элементов [3]. Повышение концентрации легирующих элементов приводит к упрочнению сплава, однако при этом уменьшается энергия дефектов упаковки материала, а это изменяет текстуру холодной прокатки в лентах и может привести к невозможности образования в них острой кубической текстуры после первичной рекристаллизации. С использованием математических методов анализа текстуры были установлены закономерности её формирования в двойных сплавах на основе никеля и определены границы легирования для возможности образования кубической текстуры в тонких лентах никелевых сплавов. Впервые показано, что для всех легирующих элементов эта граница соответствует одному и тому же количественному соотношению основных компонент текстуры деформации и определённому значению увеличенного за счёт легирования параметра решётки сплава. Это позволило получить сплавы с острой кубической текстурой {100}<001> и улучшенными прочностными свойствами, в несколько раз превышающими свойства чистого никеля.
Изучение магнитных свойств двойных сплавов показало, что легирование хромом и ванадием позволяет получить ленты с точкой Кюри ниже рабочей температуры сверхпроводника (77 К). На основе полученных данных для двойных сплавов были также предложены составы немагнитных тройных сплавов Ni-Cr-W, в которых в результате первичной рекристаллизации развивается кубическая текстура. Замена части вольфрама в двойном сплаве хромом так, чтобы количество вольфрама в сплаве не превышало 3 ат.%, приводит к необходимому изменению магнитной природы сплава, сохраняя при этом достаточно высокие прочностные свойства ленты (σ_0,2 — около 150—160 МПа), и даёт возможность получать совершенную кубическую текстуру [4].

Ряд исследованных сплавов, состав и некоторые характеристики которых приведены в таблице, были подвергнуты холодной прокатке на промышленном четырёхвалковом стане. В настоящее время специалисты завода, которые производили обработку, работают на производственной фирме ЗАО «Уральские инновационные технологии». После окончательного отжига были получены опытные образцы с прочностными свойствами, в несколько раз превышающими свойства лент из чистого никеля (см. таблицу), с чистотой поверхности, соответствующей 10-му классу. Сплавы с хромом и ванадием были парамагнитными или антиферромагнитными при 77 К, а удельный магнитный момент насыщения ферромагнитного сплава с вольфрамом более чем в 2 раза ниже, чем чистого никеля.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке программы Президиума РАН № 09-П-2- 1025.

ЛИТЕРАТУРА
1. Coyal A., Norton D.P., Budai J.D., et. al. High Critical Current Density Superconductors Tapes by Epitaxial Deposition of YBa₂ Cu₃ O_x Thick Films on Biaxially Texturated Metals / Appl. Phys. Lett. — 1996. — V. 69. — № 16. — P. 1795—1797.
2. Гервасьева И.В., Родионов Д.П., Соколов, Б.К. и др. Эволюция текстуры в никеле при прокатке и отжиге и получение острой кубической текстуры / ФММ. — 2000. — Т. 90. — № 3, с. 89—96.
3. Родионов Д.П., Гервасьева И.В., Хлебникова Ю.В. и др. Влияние легирования и термической обработки на формирование кубической текстуры рекристаллизации в никелевых сплавах / ФММ. — 2005. — Т. 99. — № 1, с. 88—98.
4. Rodionov D.P., Gervasyeva I.V., Khlebnikova Yu.V., et al. Epitaxial Substrates from Ni-Based Ternary Alloys with Cr and W / Ceramic Transactions. — 2008. — V. 201. — P. 11—22.