[go: up one dir, main page]

CN110629087A - 一种速溶镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种速溶镁合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110629087A
CN110629087A CN201910005548.8A CN201910005548A CN110629087A CN 110629087 A CN110629087 A CN 110629087A CN 201910005548 A CN201910005548 A CN 201910005548A CN 110629087 A CN110629087 A CN 110629087A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnesium alloy
temperature
preparing
instant
extrusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910005548.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110629087B (zh
Inventor
李宏祥
冉骁宵
王晓华
张济山
马亮
王健
袁颖宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Yuhua New Materials Technology Co ltd
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201910005548.8A priority Critical patent/CN110629087B/zh
Publication of CN110629087A publication Critical patent/CN110629087A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110629087B publication Critical patent/CN110629087B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

本发明公开了一种速溶镁合金及其制备方法，所述镁合金组成为Mg‑Cu‑Ni‑RE，其中Cu元素含量为0.5‑6wt.％，Ni元素含量为0.5‑8wt.％，RE元素为Gd，Y，Nd三种元素中的一种或多种组合，含量为0.5‑6wt.％。经熔炼铸造，热处理，热挤压以及时效处理后得到相应合金。与现有技术相比，采用本发明所述成分及工艺制备的镁合金材料，具有较高的强度及良好的塑性，且可在含有微量电解质的溶液中实现快速溶解，适用于加工制备油、气田压裂过程中使用的封堵工具，采用该材料制备的井下工具可在服役结束后自行溶解，省去后续返排、钻铣等工序，极大的提高了施工效率，节约施工成本，降低能源消耗。

Description

一种速溶镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料领域的镁合金材料制备，具体是一种速溶镁合金及其制备方法。
背景技术
中国低渗透油气资源丰富，具有很大的勘探开发潜力，但这些油气资源大多分布于不同深度的地层中，开发这些非常规油气资源必须依靠水力压裂等储层改造工艺技术。在水力压裂技术中，不同层段间需使用封隔工具(如压裂球、桥塞)分隔后逐层进行压裂改造，待所有层段施工完成后再将封隔工具返排出，以便打通井道实现油、气的开采。
目前，常用封隔工具大多由钢材、铝合金、高分子材料等制备而成，这些工具使用中存在钻铣困难、耗时长、钻后粉末/碎块不易返排等缺点。因此国际上开发出了复合材料，尽管减少了施工中易产生的问题，但是因为不能完全溶解，仍存在易卡堵通道的问题，而且原材料生产与加工需依赖进口，费用昂贵。
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度，良好的电磁屏蔽能力、机加工性能和易于再生利用等一系列的优点，在航空航天、海洋、汽车、电子等领域受到广泛应用。另一方面，镁合金具有较低的电极电位，化学性质较为活泼，在大部分溶液中容易发生腐蚀，根据这一特点，镁合金材料可用来制备应用于油气开采领域的压裂封隔工具。但现有的镁合金材料的腐蚀速度不高，还不能满足油气开采工具的实际需求，需要提供一种新型镁合金材料，具有较高的腐蚀速率，以满足工业需求。
本申请旨在提供新型可溶解镁合金材料，其强度高，塑性好，可快速溶解，可广泛用于石油开采领域。相比于现有材料，其能完全溶解，不存在易卡堵问题，不存在二次下钻问题，可降低生产成本，主要用在压裂井下工具构件，如压裂球、球座、封隔器、桥塞等制造上。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种速溶镁合金及其制备方法，保证其具有优良的力学性能，且能够在电解质含量较低的溶液中实现快速溶解。
一种速溶镁合金及其制备方法，所述镁合金组成为Mg-Cu-Ni-RE，其中Cu元素含量为0.5-6wt.％，Ni元素含量为0.5-8wt.％，RE元素为Gd，Y，Nd三种元素中的一种或多种组合，含量为0.5-6wt.％
一种速溶镁合金及其制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
(1)预处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉。
(2)熔炼浇铸：将预处理后的原料放入石墨坩埚中，在电阻炉中加热熔化，并搅拌混合均匀，浇铸后得到铸锭；
(3)均匀化处理：将所得铸锭在一定温度下保温一段时间；
(4)热挤压：将所得铸锭在一定温度下进行热挤压，得到合金棒材；
(5)时效处理：将挤压所得的合金棒材在一定温度下进行时效处理。
进一步地，步骤(2)所述的熔炼浇铸过程，先将纯镁加入到坩埚中熔化，熔化过程中需使用SF6+CO2气体保护，随后将熔体温度升至700-720℃加入其他纯金属及中间合金，待全部熔化后进行搅拌和扒渣，将熔体温度升高到730-760℃，保温15-30min，之后降温至710-730℃进行浇铸，浇铸模具采用水冷铜模。
进一步地，步骤(3)所述的均匀化处理，保温温度范围为420-530℃，时间为10-50h。
进一步地，步骤(4)所述的热挤压过程，挤压温度为350-450℃，总变形量为60-90％。
进一步地，步骤(5)所述的时效处理，温度范围为150-250℃，时间为10-200h。
与现有技术相比，采用本发明制得的镁合金材料，力学强度高，塑性好，可在盐溶液中实现快速溶解，适用于加工油气田压裂过程中使用的封堵工具，工具可在服役完成后自行溶解，省去后续返排、磨铣工序，提高施工效率。
附图说明
图1是实施例1-3中合金的力学性能对比图；
图2是实施例1-3中合金的腐蚀速率对比图；
具体实施方式
以下实施例将对本发明进行进一步说明。
实施例1：Mg-3.5Cu-0.5Ni-1RE合金
按比例称量所需合金原料，将合金表面打磨干净并清洗烘干。将合金逐个加入到坩埚中熔化，在750℃保温10min后降温至710℃进行浇铸，浇铸模具采用水冷铜模。随后将铸锭进行均匀化处理，保温温度为500℃，时间为15h。将均匀化后的铸锭加工成圆柱体进行挤压加工，挤压温度为450℃，挤压速度为0.4mm/s，挤压比为16。挤压后对棒材进行时效处理，温度为200℃，时间为12h。
通过上述步骤获得的Mg-3.5Cu-0.5Ni-1RE合金室温抗拉强度为280MPa，屈服强度为190MPa，延伸率高达11％，在40℃下，0.05％KCl溶液中的腐蚀速率约为15mg/cm2/h，可自行实现溶解。
实施例2：Mg-3.5Cu-3Ni-1.5RE合金
按比例称量所需合金原料，将合金表面打磨干净并清洗烘干。将合金逐个加入到坩埚中熔化，在750℃保温10min后降温至730℃进行浇铸，浇铸模具采用水冷铜模。随后将铸锭进行均匀化处理，保温温度为500℃，时间为15h。将均匀化后的铸锭加工成圆柱体进行挤压加工，挤压温度为450℃，挤压速度为0.4mm/s，挤压比为16。挤压后对棒材进行时效处理，温度为220℃，时间为15h。
通过上述步骤获得的Mg-3.5Cu-3Ni-1.5RE合金室温抗拉强度为320MPa，屈服强度为240MPa，延伸率为6％，在40℃下，0.05％KCl溶液中的腐蚀速率约为55mg/cm2/h，可自行实现溶解。
实施例3：Mg-4.5Cu-3.5Ni-3.5RE合金
按比例称量所需合金原料，将合金表面打磨干净并清洗烘干。将合金逐个加入到坩埚中熔化，在760℃保温10min后降温至730℃进行浇铸，浇铸模具采用水冷铜模。随后将铸锭进行均匀化处理，保温温度为520℃，时间为15h。将均匀化后的铸锭加工成圆柱体进行挤压加工，挤压温度为450℃，挤压速度为0.4mm/s，挤压比为16。挤压后对棒材进行时效处理，温度为225℃，时间为15h。
通过上述步骤获得的Mg-4.5Cu-3.5Ni-3.5RE合金室温抗拉强度为330MPa，屈服强度为270MPa，延伸率为5％，在40℃下，0.05％KCl溶液中的腐蚀速率约为75mg/cm2/h，可自行实现溶解。
本发明所述实施例仅为清楚说明本发明所用的举例，而非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可以在上述说明的基础上做出其他不同形式的改变，相关改变均在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (6)

1.本发明公开了一种速溶镁合金，所述镁合金组成为Mg-Cu-Ni-RE，其中Cu元素含量为0.5-6wt.％，Ni元素含量为0.5-8wt.％，RE元素为Gd，Y，Nd三种元素中的一种或多种组合，含量为0.5-6wt.％。
2.如权利要求1所述的一种速溶镁合金的制备方法，其特征在于，所述合金的制备方法包括如下步骤：
(1)预处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉，并在酒精中超声清洗去除油污；
(2)熔炼浇铸：将预处理后的原料放入石墨坩埚中，在电阻炉中加热熔化，并搅拌混合均匀，浇铸后得到铸锭；
(3)均匀化处理：将所得铸锭在一定温度下保温一段时间；
(4)热挤压：将所得铸锭在一定温度下进行热挤压，得到合金棒材；
(5)时效处理：将挤压所得的合金棒材在一定温度下进行时效处理。
3.如权利要求1所述的一种速溶镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)的熔炼浇铸过程，先将纯镁加入到坩埚中熔化，熔化过程中需使用SF6+CO2气体保护，随后将熔体温度升至700-720℃加入其他纯金属及中间合金，待全部熔化后进行搅拌和扒渣，将熔体温度升高到730-760℃，保温15-30min，之后降温至710-730℃进行浇铸，浇铸模具采用水冷铜模。
4.如权利要求1所述的一种速溶镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)均匀化处理，保温温度范围为420-530℃，时间为10-50h。
5.如权利要求1所述的一种速溶镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(4)热挤压过程，挤压温度为350-450℃，总变形量为60-90％。
6.如权利要求1所述的一种速溶镁合金的制备方法，其特征在于：步骤(5)时效处理，温度范围为150-250℃，时间为10-200h。
CN201910005548.8A 2019-01-03 2019-01-03 一种速溶镁合金及其制备方法 Active CN110629087B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910005548.8A CN110629087B (zh) 2019-01-03 2019-01-03 一种速溶镁合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910005548.8A CN110629087B (zh) 2019-01-03 2019-01-03 一种速溶镁合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110629087A true CN110629087A (zh) 2019-12-31
CN110629087B CN110629087B (zh) 2021-03-12

Family

ID=68968436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910005548.8A Active CN110629087B (zh) 2019-01-03 2019-01-03 一种速溶镁合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110629087B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111218593A (zh) * 2020-03-09 2020-06-02 厦门火炬特种金属材料有限公司 一种快速溶解镁合金的制备方法
CN111304511A (zh) * 2020-03-27 2020-06-19 有研工程技术研究院有限公司 一种油气开采用镁合金材料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140190705A1 (en) * 2012-06-08 2014-07-10 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of removing a wellbore isolation device using galvanic corrossion of a metal alloy in solid solution
CN106048353A (zh) * 2016-08-23 2016-10-26 肖旅 与水发生可控反应的高塑性镁合金及其构件的制造方法
CN107699763A (zh) * 2017-10-23 2018-02-16 冉兴 自来水中快速均匀降解的镁合金及其构件的制造方法
CN108085548A (zh) * 2017-11-28 2018-05-29 袁颖宏 一种快速溶解具有功能性力学特性镁合金及其制造方法
CN108977712A (zh) * 2017-06-04 2018-12-11 冉兴 与水快速反应的柔韧镁合金及其构件的制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140190705A1 (en) * 2012-06-08 2014-07-10 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of removing a wellbore isolation device using galvanic corrossion of a metal alloy in solid solution
CN106048353A (zh) * 2016-08-23 2016-10-26 肖旅 与水发生可控反应的高塑性镁合金及其构件的制造方法
CN108977712A (zh) * 2017-06-04 2018-12-11 冉兴 与水快速反应的柔韧镁合金及其构件的制造方法
CN107699763A (zh) * 2017-10-23 2018-02-16 冉兴 自来水中快速均匀降解的镁合金及其构件的制造方法
CN108085548A (zh) * 2017-11-28 2018-05-29 袁颖宏 一种快速溶解具有功能性力学特性镁合金及其制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高自省: "《镁合金压铸生产技术》", 31 March 2012, 冶金工业出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111218593A (zh) * 2020-03-09 2020-06-02 厦门火炬特种金属材料有限公司 一种快速溶解镁合金的制备方法
CN111304511A (zh) * 2020-03-27 2020-06-19 有研工程技术研究院有限公司 一种油气开采用镁合金材料及其制备方法和应用
CN111304511B (zh) * 2020-03-27 2022-01-04 有研工程技术研究院有限公司 一种油气开采用镁合金材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN110629087B (zh) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109161769B (zh) 一种功能性快速可溶稀土镁合金材料及其制备方法
CN110863130A (zh) 一种高塑性快速可溶镁合金材料及其制备方法
CN109295368B (zh) 含镍高强韧可控降解镁合金材料及其制备方法和应用
CN103898384B (zh) 可溶性镁基合金材料，其制备方法及应用
CN111235450B (zh) 一种lpso相强化的可降解高温镁合金及其制备方法
CN107385245A (zh) 基于油气开采用可溶性合金压裂球的制造方法
CN102828064A (zh) 一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法
CN109988955A (zh) 一种高延伸率低温快速降解镁合金及其制备方法
CN103757479B (zh) 一种无铅环保锌白铜合金材料及其制备方法
CN107099712B (zh) 一种可溶镁合金复合材料压裂球及其制备方法
CN104480407A (zh) 含铜、铈的抗菌不锈钢及其制备方法
CN110629087B (zh) 一种速溶镁合金及其制备方法
CN103773987B (zh) 镁合金凝固组织锆细化方法
CN102965556B (zh) 多元Mg-Zn-Al基镁合金及其制备方法
CN110923531A (zh) 一种低成本高塑性可溶镁合金材料及其制备方法
CN105624442B (zh) 一种快速溶硅法生产6063铝合金棒的方法
CN110747369A (zh) 一种无铅易切削硅镁钙黄铜合金及其制备方法
WO2022147760A1 (zh) 一种快速溶解的高塑性可溶镁合金材料及其制备方法
CN110016598A (zh) 一种高强度快速腐蚀镁合金及其制备方法
CN103757481A (zh) 一种易切削铋镍铜合金材料及其制备方法
CN114717456A (zh) 一种高温可溶铝合金、制备方法及用途
CN111748752B (zh) 一种压裂球用镁基非晶合金及压裂球的制备方法
CN113667871A (zh) 一种高延展性可溶镁锂合金及其制备方法和应用
CN114959409A (zh) 一种颗粒增强无铟可溶铝基复合材料制备方法
CN103757476A (zh) 一种镁铋黄铜合金材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211123

Address after: 400800 No. 2, Jinsheng Road, Pingshan Industrial Park, Wansheng Economic Development Zone, Qijiang District, Chongqing

Patentee after: Chongqing Yuhua New Materials Technology Co.,Ltd.

Address before: 100083 No. 30, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road

Patentee before: University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY BEIJING

TR01 Transfer of patent right