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专利名称：一种金属箔及其制备方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110259749.8

专利申请（专利权）人：宁夏东方钽业股份有限公司
权利人地址：宁夏回族自治区石嘴山市大武口区冶金路119号

专利发明（设计）人：张亚军,雒敏,李小平,杜领会,李积贤,黄浩

专利摘要：本发明涉及一种金属箔及其制备方法。金属箔的制备方法包括以下步骤：提供第一金属板、第二金属板和第三金属板；将第一金属板、第二金属板和第三金属板边缘对齐地层叠，获得层叠板，其中第二金属板位于第一金属板和第三金属板之间；对层叠板的部分边缘进行焊接，使第一金属板、第二金属板和第三金属板边缘彼此焊接连接；其中，被焊接的边缘的长度占边缘总周长的90％～98％；将焊接后的层叠板在油中浸泡处理，使白油通过未被焊接的区域渗入相邻两层金属板之间；将浸泡处理后的层叠板进行一次或多次轧制处理；将轧制处理后的层叠板拆解分层。

主权利要求：
1.一种制备金属箔的方法，包括以下步骤：
?提供第一金属板、第二金属板和第三金属板；
?将第一金属板、第二金属板和第三金属板边缘对齐地层叠，获得层叠板，其中第二金属板位于第一金属板和第三金属板之间，第一金属板、第二金属板和第三金属板的材质是铌金属，所述铌金属的铌纯度≥99.99wt％；所述铌金属中每种第一类杂元素的含量均≤
0.005ppm，所述第一类杂元素选自以下一种或多种：Fe、Ni、Zr、Al、Hf、Cr和Ti，所述铌金属中每种第二类杂元素的含量均≤10ppm，所述第二类杂元素选自以下一种或多种：C、O、N、H、Ta、W、Mo、Si；所述铌金属中钽元素的含量为5ppm以下；
?对层叠板的部分边缘进行焊接，使第一金属板、第二金属板和第三金属板边缘彼此焊接连接；其中，被焊接的边缘的长度占边缘总周长的90％～98％；
?将焊接后的层叠板在油中浸泡处理，使白油通过未被焊接的区域渗入相邻两层金属板之间；
?将浸泡处理后的层叠板进行一次或多次轧制处理；
?将轧制处理后的层叠板拆解分层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一金属板、第二金属板和第三金属板的厚度之比为5～15：1：5～15。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第二金属板的厚度为0.1～1mm。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，第二金属板的厚度为0.1～0.2mm。
5.根据权利要求1所述方法，其中，轧制处理后层叠板的总变形率为85～95％。
6.根据权利要求1所述的方法，轧制处理后层叠板中第二金属板的厚度为0.005～
0.02mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，第一金属板、第二金属板和第三金属板具有相同的材质。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述铌金属的铌纯度≥99.999％。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述白油的40℃运动黏度为9～11mm/s。
10.一种金属箔，由权利要求1～9任一项所述的制备金属箔的方法制备获得，金属箔的厚度为0.02mm以下。
11.根据权利要求10所述的金属箔，其中，所述金属箔是中子探测用铌箔。
12.根据权利要求11所述的金属箔，其中，所述铌箔纯度为99.99％以上，所述铌箔中钽元素的含量为5mg/kg以下。
13.根据权利要求11所述的金属箔，其中，所述铌箔的厚度为0.007?0.02mm。 说明书 : 一种金属箔及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及材料领域，具体涉及一种金属箔及其制备方法。背景技术[0002] 铌对于热中子的捕获截面很低，因此在核工业上用于中子探测。[0003] 铌中的钽较难分离，铌和钽的活化产物的特征X射线能谱很接近，实验测量中很难区分，如果钽的含量过大，则会干扰铌的活化产物的测量，影响测量精度。[0004] 现有技术需要纯度高、厚度低的铌箔。发明内容[0005] 发明人经大量研究，提供了一种创新的金属箔的制备方法。[0006] 采用本公开的方法，能够实现高纯度铌箔的制备，解决高纯度铌箔的“卡脖子”问题。[0007] 采用本公开方法制备的铌箔，能够用于提高反应堆压力容器实行准确辐照监督，进而提高剂量探测元件活度测量的精度。[0008] 采用本公开方法制备的铌箔，其纯度能够达到99.99％或更高，其中钽元素含量能够达到5mg/kg以下，厚度能够达到0.007mm?0.02mm。[0009] 在一些方面，本公开提供一种制备金属箔的方法，包括以下步骤：[0010] ?提供第一金属板、第二金属板和第三金属板；[0011] ?将第一金属板、第二金属板和第三金属板边缘对齐地层叠，获得层叠板，其中第二金属板位于第一金属板和第三金属板之间；[0012] ?对层叠板的部分边缘进行焊接，使第一金属板、第二金属板和第三金属板边缘彼此焊接连接；其中，被焊接的边缘的长度占边缘总周长的90％～98％(例如95～98％)；[0013] ?将焊接后的层叠板在油中浸泡处理，使白油通过未被焊接的区域渗入相邻两层金属板之间；[0014] ?将浸泡处理后的层叠板进行一次或多次轧制处理；[0015] ?将轧制处理后的层叠板拆解分层。[0016] 在一些实施方案中，第一金属板、第二金属板和第三金属板具有相同的面尺寸和面形状。面尺寸和面形状是指垂直于厚度的面的尺寸和形状。这有利于获得均匀的厚度和良好的板型。[0017] 在一些实施方案中，第一金属板和第三金属板具有相同的厚度。这有利于获得均匀的厚度和良好的板型。[0018] 在一些实施方案中，第一金属板、第二金属板和第三金属板的厚度之比为5～15(例如8～10)：1：5～15(例如8～10)。[0019] 在一些实施方案中，第二金属板的厚度为0.1～1mm，例如0.1～0.5mm，例如0.1～0.2mm。[0020] 在一些实施方案中，轧制处理后层叠板的总变形率为85～95％(例如90％)。[0021] 在一些实施方案中，轧制处理后层叠板中第二金属板的厚度为0.005～0.02mm，例如0.01～0.015mm。[0022] 在一些实施方案中，第一金属板、第二金属板和第三金属板具有相同的材质。[0023] 在一些实施方案中，第一金属板、第二金属板和第三金属板的材质是铌金属。[0024] 在一些实施方案中，铌金属的铌纯度≥99.99wt％，优选≥99.999wt％。[0025] 在一些实施方案中，铌金属中每种第一类杂元素的的含量均≤0.005ppm，第一类杂元素选自以下一种或多种：Fe、Ni、Zr、Al、Hf、Cr和Ti。[0026] 在一些实施方案中，铌金属中每种第二类杂元素的的含量均≤10ppm，第二类杂元素选自以下一种或多种：C、O、N、H、Ta、W、Mo、Si。[0027] 在一些实施方案中，铌金属中钽元素的含量为5ppm以下。[0028] 在一些实施方案中，白油的40℃运动黏度为9～11mm/s。[0029] 在一些方面，本公开提供一种金属箔，由上述任一项的方法制备获得。[0030] 在一些实施方案中，金属箔是中子探测用铌箔。[0031] 在一些实施方案中，铌箔纯度为99.99％以上，铌箔中钽元素的含量为5mg/kg以下。[0032] 在一些实施方案中，铌箔的厚度为0.007?0.02mm。[0033] 术语解释[0034] “白油”符合标准《工业白油NB/SH/T0006?2017》[0035] “10号白油”是指运动黏度(40℃)为9～11mm/s的白油。[0036] 轧制处理的变形率根据如下公式计算(D1?D0)/D0，其中D0是轧制前板材厚度，D1是轧制后板材厚度。[0037] 有益效果[0038] 本公开方法或产品具有以下一项或多项优点：[0039] (1)金属箔的厚度较低，例如为0.02mm以下；[0040] (2)金属箔的杂质元素含量较低，例如铌箔中钽元素的含量为5ppm以下；[0041] (3)层叠体边缘的焊接长度为全周长的90％以上，这有利于材料在轧制过程中各层等体积变形，还有利于准确计算中间材料厚度，还有利于获得良好的板型；[0042] (4)层叠体各层之间采用白油进行润滑，白油除了润滑隔离作用外还可起到一定的冷却作用，最终成品分离后采用酸水漂洗或者工业酒精擦拭即可完全去除。采用特定运动黏度的白油(如10号白油)，有利于在完成焊接后将材料浸没到白油中通过工艺孔渗入到层叠板的各层之间。附图说明[0043] 图1是一些实施方案的焊接后的层叠板的示意图具体实施方式[0044] 下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。[0045] 实施例1[0046] 1)铸锭：采用1200KW电子束炉4次熔炼 高纯度铌铸锭。铸锭中铌元素含量＞99.999wt％，杂元素成分如下(ppm)：[0047]元素 C O N H Ta W Mo Si实测值 5 7 8 1 4.52 1.07 0.97 0.088元素 Fe Ni Zr Al Hf Cr Ti 实测值 <0.005 <0.005 0.019 <0.005 <0.005 <0.005 <0.005 [0048] 2)锻造：[0049] 采用冷锻进行锻造，锻造温控≤80℃，锻造获得锻坯，锻坯规格如下：＝50(厚度)×200(宽度)×L(长度)mm；[0050] 3)机加工：[0051] 车削锻坯两端面，每侧表面车削深度1.5mm，并且铣削4边，去除锻造折叠等缺陷；[0052] 4)真空去应力热处理：[0053] 对机加工后的锻坯进行热处理，热处理温度为650℃，热处理时间为90min；[0054] 5)开坯轧制：[0055] 将热处理后的锻坯进行开坯轧制，包括：[0056] 拓宽轧制至B(宽度)＝300±5mm；然后，[0057] 换向轧制至厚度δ(厚度)＝3.0±0.15mm，温控≤80℃；[0058] 6)酸洗：[0059] 采用混合酸溶液对上一步产物进行酸洗，以去除表面杂质。[0060] 混合酸溶液的配方如下：HF水溶液(浓度＞40％)：HNO3水溶液(浓度65％?68％)：HCl水溶液(浓度36％?38％)＝1：2：3(体积比)；[0061] 7)真空去应力热处理：[0062] 对上一步产物进行热处理，热处理温度650℃，热处理时间90min；[0063] 8)轧制(中轧)：[0064] 第一次轧制至δ1(厚度)＝1.5±0.05mm；[0065] 第二次轧制至δ2(厚度)＝0.18±0.01mm，温控≤80℃；[0066] 9)真空去应力热处理：[0067] 对上一步产物进行热处理，热处理温度680℃，热处理时间90min；[0068] 10)下料：[0069] 将上一步产物裁切下料，包括：[0070] 第一铌板：1.5±0.05mm×140mm×400mm；[0071] 第二铌板：0.18±0.01mm×140mm×400mm；[0072] 第三铌板：1.5±0.05mm×140mm×400mm；[0073] 11)焊接：[0074] 将0.18mm厚的第二铌板置于1.5mm厚的第一铌板和第三铌板之间，四边对齐，采用真空氩弧焊绕层叠板的四边进行焊接，使第一铌板、第二铌板和第三铌板的边缘彼此焊接连接。层叠板沿长度方向的两端各预留一个10mm宽的工艺孔不进行焊接，供后续渗入白油。[0075] 图1示出焊接后的层叠板的示意图。如图1所示，一个层叠板10包括第一铌板11、第二铌板12和第三铌板13，第二铌板12层叠在第一铌板11和第三铌板13之间。层叠板10的四周有焊接区域16和非焊接区域15。沿层叠板10长度方向的两端边缘分别设有一个非焊接区域15，其余边缘部分为焊接区域16。层叠板10的全周长为1080mm，焊接区域的长度为1060mm，沿长度方向的两端各设有一个非焊接区域，长度分别10mm。焊接区域占全周长的比例为约98％。[0076] 12)浸油处理：[0077] 将上一步产物置于10号白油(I类)中进行浸泡，时长8?10小时，获得层叠的铌板带。[0078] 13)成品轧制；[0079] 采用板带轧机对层叠的铌板带进行轧制，依据等体积变形理论计算，按照加工率92?95％，将铌板带轧至厚度范围0.17?0.25mm之间，轧制温度控制在≤80℃。[0080] 14)分剪：对轧制完成后箔材进行分剪，轧制完成后箔材B(宽度)＝120±0.1mm；分剪后收集中间层，即为厚度≤0.02mm高纯铌箔；[0081] 15)除油：采用酒精对铌箔表面残留白油进行清洗；[0082] 16)真空去应力热处理：[0083] 对清洗后的热处理温度650℃；热处理时间90min。[0084] 分析检测：[0085] (1)尺寸及厚度检测[0086] 沿长度4m的高纯铌箔边缘每隔50mm进行厚度检测。经检测，铌箔厚度范围：0.014??60.019mm之间，相当于每米长度铌箔的厚度变化不超过1.25×10 m。这一检测结果说明本公开方法制备的高纯铌箔沿长度方向的厚度很。液芫。[0087] 将高纯铌箔裁切为铌箔成品，铌箔成品的尺寸为：长(5?7)mm×宽(0.8?0.9)mm。[0088] (2)残余电阻率检测[0089] 为了进行残余电阻率检测，在上述步骤(13)中专门轧制一批特定厚度的铌板带，这样的铌板带分剪后收集的中间层的厚度为3mm，从中再裁切出100mm*3mm*3mm的试样条，用于残余电阻率测试。该试样条的平均RRR值(残余电阻比率)为547。根据这一测试结果可以得知，本公开方法制备的铌箔具有较高的纯度。[0090][0091] U(300K)、U(9.3K)分别为相同电流时金属在温度300K、9.3K时的电压值。[0092] 从以上分析检测可知，本发明方法获得了高纯度、低厚度的铌箔。该铌箔能够用于中子探测。[0093] 尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解：根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2021-03-10

专利公开日期：2024-10-01

专利公告号：2024-10-01