Elsevier

Acta Metallurgica

Volume 35, Issue 10, October 1987, Pages 2523-2536
Acta Metallurgica

Development of nanometer scale structures in composites of NbTi and their effect on the superconducting critical current density

https://doi.org/10.1016/0001-6160(87)90149-0Get rights and content

Abstract

A detailed investigation has been made of an optimized, high critical current density composite of Nb-46.5 wt% Ti. Details of the fabrication of the composite are given and an extensive metallurigical characterization of the microstructure at many stages in the fabrication and optimization process is presented. It is shown that up to 20% of α-Ti is produced by the heat treatment process. The mechanism by which the precipitate distribution is refined with increasing number of heat treatment and initially equaixed precipitates turned into very thin, high aspect ratio ribbons by large drawing strains is quantitatively described. Critical current density measurements show that the optimum pinning forces are obtained for precipitates of ~1 nm in thickness, spaced ~4 nm apart. These dimensions are considerably smaller than those previously reported. There appears to be little or no proximity effect suppression of the pinning force even though the precipitate thickness is of order 0.2 coherence length. The specific pinning force of the precipitates ranges from 170 to 260 N/m2, a value similar to that measured earlier for grain boundary film precipitation in this alloy.

Résumé

Nous avons étudié en détail un composite de niobium à 46,5% en poids de titane, composite à forte densité de courant critique. Nous donnons les détails de l'élaboration du composite et nous présentons une caractérisation métallurgique extensive de la microstructure à divers stades des procédures d'élaboration et d'optimisation. Nous montrons que le traitement thermique introduit jusqu' à 20% de Ti α. Nous décrivons quantitativement le mécanisme qui affine la répartition des précipités lorsque le nombre de traitements thermiques augments, et qui transforme les précipités, initialement équiaxes, en rubans très minces grâce à de fortes déformations de tréfilage. Les mesures de densité de courant critique montrent que les forces d'épinglage optimales sont obtenues pour des précipités d'environ 1 nm d'épaisseur, espacés d'environ 4nm. Ces dimensions sont très inférieures à celles qui ont été rapportées précédemment. Il semble qu'il y ait peu ou pas de suppression de la force d'épinglage par effet de proximité, même si l'épaisseur des précipités est de l'ordre de 0,2 fois la longueur de cohérence. La force d'épinglage spécifique des précipités varie entre 170 et 260 N/m2, valeurs semblables celles mesurées antérieurement pour la précipitation de films intergranulaires dans cet alliage.

Zusammenfassung

Der optimierte Verbundwerkstoff Nb-46,5 Gew.-% Ti, der eine hohe kritische Stomdichte aufweist, wurde ausführlich untersucht. Die Einzelheiten der Herstellung werden dargelegt, auβerdem wird die MikroStruktur bei verschiedenen Stadien der Herstellung ausführlich metallurgisch charakterisiert. Bis zu 20% α-Ti entsteht während der Wärmebehandlung. Der Mechanismus wird quantitative beschrieben, mit dem die Verteilung der Ausscheidungen mit zunehmender Anzahl der Wärmebehandlungen verfeinert wird, d.h. mit dem die anfangs gleichachsigen Ausscheidungen in dünne Bänder mit groβem Seitenverhältnis durch die groβen Dehnunge übergehen. Aus Messungen der kritischen Stromdichte ergibt sich, daβ maximale Verankerungskräfte bei Ausscheidungen mit ungefähr 1 μm Dicke, die im Abstand von etwa 4 nm liegen, erreicht werden. Diese Gröβen sind beträchtlich geringer als früher berichtete. Es scheint, daβ trotz der Ausscheidungsdicke von etwa 0,2 der Kohärenzlänge keine oder nur eine geringe Unterdrückung der Verankerungskräfte durch den Proximityeffekt auftritt. Die spezifische Verankerungskraft der Ausscheidungen liegt zwischen 170 und 260 N/m2; dieser Wert ähnelt dem, der früher für die Korngrenzausscheidung in dieser Legierung gemessen wurde.

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