Microstructure and Properties of Cu-Nb Wire Composites

Abstract

Nowadays, there is much activity all over the world in development of Cu-Nb composites for their potential use as conductors in high field magnets. This study was aimed at investigation of microstructure, mechanical and electrical properties of Cu-Nb composite wires. The investigated materials have been processed by vacuum furnace melting and casting, and then hot forging and cold drawing. Initial results of research into Cu-Nb composite material obtained using repeated iterative drawing of niobium wires compacted into copper tube, have been also presented in this article. The ultimate tensile strength versus cold deformation degree has been presented. These changes have been discussed in relation to microstructure evolution. It was assumed that repeated drawing of compacted wires is a promising method for fibrous composite production (more than 823,000 Nb fibres of nanometric diameter) characterized by high mechanical properties and electrical conductivity. Original SPD technique applied for Cu-Nb composite deformation result in initial microstructure refinement and improves effectiveness of wire production process.Keywords: fibrous composite, copper alloy, mechanical properties, electrical conductivity, microstructureAktualnie obserwuje się na świecie intensywny rozwój kompozytów Cu-Nb stosowanych jako przewody nawojowe generatorów silnych pól magnetycznych. Badania miały na celu określenie mikrostruktury oraz właściwości mechanicznych i elektrycznych drutów kompozytowych Cu-Nb. Badane materiały wytworzono przez zastosowanie topienia i odlewania w piecu próżniowym, a następnie kucia na gorąco i ciągnienia. Zaprezentowano także wstępne wyniki badań wytwarzania kompozytu Cu-Nb na drodze iteracyjnego ciągnienia pakietu drutów niobowych w rurze miedzianej. Pokazano wyniki badań wytrzymałości na rozciąganie w zależności od stopnia odkształcenia, w powiązaniu ze zmianami mikrostruktury. Stwierdzono, że wielokrotne ciągnienie pakietu drutów jest obiecującą metodą wytwarzania kompozytów włóknistych (ponad 823000 włókien Nb o przekroju nanometrycznym) o wysokich właściwościach mechanicznych i konduktywności elektrycznej.

Analysis of Microcomposite Cu-Nb Conductors Characteristics and Possibility of Their Joining / Mikrokompozitinių Cu-Nb Laidininkų Ypatumų Ir Jų Sujungimo Galimybių Analizė

“…Taip pat šios medžiagos privalo pasižymėti tokiu plastiškumu, kad laidininkai nelūžtų ir netrūkinėtų vyniojant induktorių apvijas (Gluchovski et al 2014). Šiuo metu impulsinių magnetų induktoriuose naudojamos keturios rūšys kompozitinių laidininkų: Cu-Nb ir Cu-Ag mikrokompozitai, GlidCop, CuSS makrokompozitas (5 pav.)…”

“…In situ Cu-Nb kompozito struktūra: Nb plaušai Cu metalinėje matricoje. Šios gijos vėliau įvelkamos į Cu šarvą (Gluchovski et al 2014). Toks kompozitinio kabelio stipris labai didelis.…”

“…Cu-Nb wire cross-section (can be produced with several cross-section 2×3 mm, 3×5,8 mm, 4×6 mm) (Shikov et al 2002) 7 pav. CuNb mikrokompozito gamyba in situ metodas (Gluchovski et al 2014) Fig. 7.…”

Silver Matrix Composite Reinforced by Aluminium-Silver Intermetallic Phases

“…Highly advanced method for manufacturing of Cu-based composite reinforced with Nb-fiber was presented by Rdzawski et al [23][24]. High strength Cu-based composite wires reinforced with Nb-filaments were developed for specific practical applications such as the winding of generators producing strong and variable magnetic fields.…”

“…Multi-fiber Cu-Nb composite wires were produced by means of multistage drawing of bundled Cucoated niobium wires. Due to multiple folding of as-drawn composite wires, more than 820,000 niobium filaments uniformly distributed in Cu-matrix, having 100 nm-200 nm in diameter, were received [23][24]. Tensile strength of 900-1120 MPa and electrical conductivity of 40-45 MS/m were attained.…”