CN111172438B - 一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法 - Google Patents
一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111172438B CN111172438B CN202010061499.2A CN202010061499A CN111172438B CN 111172438 B CN111172438 B CN 111172438B CN 202010061499 A CN202010061499 A CN 202010061499A CN 111172438 B CN111172438 B CN 111172438B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnesium alloy
- alloy
- preparation
- temperature
- magnesium
- 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.)
- Active
Links
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 4
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 claims 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- 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
- C22C23/02—Alloys based on magnesium with aluminium as the next major constituent
-
- 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
- C22C23/06—Alloys based on magnesium with a rare earth metal as the next major constituent
-
- 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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Extrusion Of Metal (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法，合金中各元素的百分比为：Al：3.0%‑10.0%、Zr：0.05%‑0.3%、Mn：0.4%‑1.2%、Gd：5.0%‑8.0%、Na：0.5%‑2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质。Al可以增强合金的强度，Zr和Mn能够细化晶粒，提高合金的强度。这与本发明的制备方法结合，可保证材料在低温下能够实现快速降解，有效地满足石油开采过程中对堵塞材料的需求。
Description
技术领域
本发明涉及到镁合金材料领域，具体是一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法。
背景技术
随着能源的加剧和石油的发展，油气和天然气的开采利用成为了许多资源研究的焦点。天然气和油气的开采需要解决储层内的流通性差、渗透率低等问题。压裂技术是核心技术，在压裂的过程中，憋压球作为压裂工作的核心，应用日益广泛。封堵用的憋压球是作业时的关键材料，必须通过井上工具运送到井下预定部位，进行分段、分层封堵与压裂，直到井下作业完成。要开发出一种新型的堵塞球材料，能在压裂结束后一定时间内能够自行分解掉，结合憋压球一般的使用环境，可溶性憋压球需要具备一定的力学性能，使憋压球在高压压裂作业中仍然能够保持完整不变形，同时还要具备在一定温度下的降解速度，保证储层的正常生产。不同油气地区的对堵塞球的要求也不同，本发明为了满足憋压球在小于20℃的低温环境下开采油气并且具有良好的抗压和快速溶解的能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种含Na高强度低温快速降解镁合金材料。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种含Na高强度低温快速降解镁合金，包括下述重量百分比例组成： Al：3.0%-10.0%、Zr：0.05%-0.3%、Mn：0.4%-1.2%、Gd：5.0%-8.0%、Na：0.5%-2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质。
Al能够提高镁合金强度，但Al的含量太高会使得镁合金变脆。Gd固溶于镁基体中，能够细化组织，固溶处理之后屈服强度和高温抗拉强度提高，在镁基体中的溶解度为8.0%，综合加入5%-8%。Zr和Mn都可以明显的细化晶粒，提高强度。Mn可以降低塑性缺陷的产生，阻碍晶粒的长大。Na元素的添加有利于提高合金在低温下的降解速率。
本发明涉及一种含Na高强度低温快速降解镁合金的制备方法，所述镁合金包括如下组分及其重量百分配比： Al：3.0%-10.0%、Zr：0.05%-0.3%、Mn：0.4%-1.2%、Gd：5.0%-8.0%、Na：0.5%-2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质；所述方法包括如下步骤：
①按照含Na高强度低温快速降解镁合金的组分配比精确配料，将镁锭和Mg-Mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯Al、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min；
②炉中继续慢慢升温，温度达到750℃-780℃，加入Al-Na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20-30min，得到镁合金熔体；
③将步骤②得到的镁合金熔体倒入预热的300℃-400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭；
④在420℃下对镁合金铸锭进行挤压，挤压的速度为3 m/min，挤压比为8。
采用本方法制备得到的镁合金，在20℃的抗压强度为324Mpa~342Mpa，在20℃、3%KCl溶液下的腐蚀速率是46 mg/cm2·h~56 mg/cm2·h，可保证材料在石油开采过程中对堵塞材料的抗压需求，同时在相对低温下能够实现快速降解。该材料有效的满足了不同油气地区（尤其是寒冷地区）在油气开采过程中的对憋压球的需求。
具体实施方式
案例1
本实施的案例中镁合金的成分Gd 5.0%、Zr 0.25%、Mn 0.5%、Al 6.0%、Na 0.5%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和Mg-Mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯Al、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到750℃，加入Al-Na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20 min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
制备的含Na高强度低温快速降解镁合金在20℃的抗压强度为324Mpa，在20℃、3%KCl溶液下的腐蚀速率是46 mg/cm2·h。
案例2
本实施的案例中镁合金的成分Gd 6.0%、Zr 0.25%、Mn 1.0%、Al 3.0%、Na 1.0%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和Mg-Mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯Al、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到760℃，加入Al-Na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20 min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的300℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
④在420℃下挤压，挤压的速度为3 m/min，挤压比为8。
制备的含Na高强度低温快速降解镁合金，20℃的抗压强度是331Mpa，在20℃、3%KCl溶液下的腐蚀速率是49 mg/cm2·h。
案例3
本实施的案例中镁合金的成分Gd 5.5%、Zr 0.1%、Mn 1.2%、Al 8.0%、Na 1.5%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和Mg-Mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯Al、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到750℃-780℃，加入Al-Na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置30min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的300℃-400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
④在420℃下挤压，挤压的速度为3 m/min，挤压比为8。
制备的含Na高强度低温快速降解镁合金，20℃的抗压强度是324Mpa，在20℃、3%KCl溶液下的腐蚀速率是46 mg/cm2·h。
案例4
本实施的案例中镁合金的成分 Gd 5.5%、Zr 0.3%、Mn 0.7%、Al 10.0%、Na 2.0%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和Mg-Mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯Al、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到750℃，加入Al-Na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置25 min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的350℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
④在420℃下挤压，挤压的速度为3 m/min，挤压比为8。
制备的含Na高强度低温快速降解镁合金，20℃的抗压强度是342Mpa，在20℃、3%KCl溶液下的腐蚀速率是56 mg/cm2·h。
Claims (3)
1.一种含Na高强度低温快速降解镁合金的制备方法，所述镁合金组分及其重量百分配比如下： Gd 5.5%、Zr 0.3%、Mn 0.7%、Al 10.0%、Na 2.0%；
所述方法包括如下步骤：
①按照上述比例精确配料，将镁锭和Mg-Mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯Al、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min；
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到750℃，加入Al-Na中间合金，Al-Na中间合金中Na元素的质量含量为5%，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置25 min；
③将得到的镁合金熔体倒入预热的350℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭；
④在420℃下挤压，挤压的速度为3 m/min，挤压比为8。
2.如权利要求1所述的一种含Na高强度低温快速降解镁合金的制备方法,其特征在于，所用惰性气体为CO2和SF6的混合气体，CO2和SF6体积比为200—400：1。
3.如权利要求2所述的一种含Na高强度低温快速降解镁合金的制备方法,其特征在于，CO2和SF6体积比为300：1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010061499.2A CN111172438B (zh) | 2020-01-15 | 2020-01-15 | 一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010061499.2A CN111172438B (zh) | 2020-01-15 | 2020-01-15 | 一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111172438A CN111172438A (zh) | 2020-05-19 |
| CN111172438B true CN111172438B (zh) | 2022-02-01 |
Family
ID=70625042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010061499.2A Active CN111172438B (zh) | 2020-01-15 | 2020-01-15 | 一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111172438B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011117630A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Magnesium Elektron Limited | Magnesium alloy containing heavy rare earths |
| CN102747261A (zh) * | 2011-04-19 | 2012-10-24 | 株式会社神户制钢所 | 镁合金材和发动机零件 |
| WO2016118444A1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Radiation shielding and mitigating alloys, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
| CN107523732A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-12-29 | 太原科技大学 | 一种含Na快速降解镁合金及其制备方法 |
| 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 |
| CN109988955A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-09 | 重庆科技学院 | 一种高延伸率低温快速降解镁合金及其制备方法 |
-
2020
- 2020-01-15 CN CN202010061499.2A patent/CN111172438B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011117630A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Magnesium Elektron Limited | Magnesium alloy containing heavy rare earths |
| CN102747261A (zh) * | 2011-04-19 | 2012-10-24 | 株式会社神户制钢所 | 镁合金材和发动机零件 |
| WO2016118444A1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Radiation shielding and mitigating alloys, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
| CN107523732A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-12-29 | 太原科技大学 | 一种含Na快速降解镁合金及其制备方法 |
| 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 |
| CN109988955A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-09 | 重庆科技学院 | 一种高延伸率低温快速降解镁合金及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111172438A (zh) | 2020-05-19 |
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 | |
| US11299797B2 (en) | Copper-containing, high-toughness and rapidly degradable magnesium alloy, preparation method therefor and use thereof | |
| CN105950920A (zh) | 一种于水及水介质环境中可溶解的铝基合金及其制备方法 | |
| CN109988955B (zh) | 一种高延伸率低温快速降解镁合金及其制备方法 | |
| CN111235450B (zh) | 一种lpso相强化的可降解高温镁合金及其制备方法 | |
| CN108707790B (zh) | 一种高强铸造铝合金 | |
| CN110863130A (zh) | 一种高塑性快速可溶镁合金材料及其制备方法 | |
| CN113025857B (zh) | 一种用于全金属桥塞胶筒的可溶镁合金材料及其制备方法 | |
| CN110952013B (zh) | 一种可降解镁合金井下工具桥塞材料及其制备方法 | |
| CN107385245A (zh) | 基于油气开采用可溶性合金压裂球的制造方法 | |
| CN101956118A (zh) | 一种含多种原位增强颗粒的稀土镁基复合材料的制备方法 | |
| CN111876636B (zh) | 可溶解铝合金材料、其制备方法及压裂球 | |
| CN111172438B (zh) | 一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法 | |
| CN108570583B (zh) | 不含稀土低合金超高强韧镁合金及其制备方法 | |
| 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 | |
| CN114686734A (zh) | 一种高延展性可溶铝合金、制备方法及用途 | |
| CN113667871A (zh) | 一种高延展性可溶镁锂合金及其制备方法和应用 | |
| CN114411029A (zh) | 一种高塑性快速降解Mg-Li-Gd-Ni合金及其制备方法 | |
| CN112030049A (zh) | 一种可控溶解镁合金材料及其制备方法 | |
| CN108842103B (zh) | 一种高耐磨耐高温低膨胀系数的铝基合金 | |
| CN111304507B (zh) | AlN和SiC混杂增强镁锂基复合材料及其制备方法 | |
| CN115466890B (zh) | 一种可快速降解的高强韧含Cu镁合金材料及其制备方法 | |
| CN116043082B (zh) | 一种高塑性、耐热可溶镁合金及其制备方法 | |
| CN113369456A (zh) | 一种高性能铝合金的制备方法 |
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 |