CN115354247B - 一种多尺度高强速溶镁基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多尺度高强速溶镁基复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域，所述复合材料包含以下组分，其质量分数百分比为：石墨颗粒10‑30％、碳纤维10‑40％、余量为镁合金，以上原料质量总和为100％。及其复合材料的制备方法，首先，在惰性气体保护下将基体材料熔融至液相线以上10‑50℃，保温；其次，将固体混合物加入融化后的基体材料中并进行机械搅拌和真空除泡，形成分散均匀的混合物；最后，将分散均匀的混合物放入模具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出，得到多尺度高强速溶镁基复合材料。所述多尺度高强速溶镁基复合材料溶解速度高、力学性能好，同时可以通过调节材料内部石墨颗粒和碳纤维的含量来改变溶解速度。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种多尺度高强速溶镁基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
水力压裂技术是实现油气田特别是低渗致密储层增产作业的重要手段之一，已经广泛应用在低渗透油气田的开发中。在水力压裂过程中,不同层段间需使用封隔工具封堵后逐层进行压裂改造，待施工完成后需要将暂堵工具去除,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、高分子材料等不能溶解的材料制备而成，这些不能溶解的工具在封堵完成后需要钻铣去除，去除困难且作业时间长。因此，研究者开发出了可溶材料，采用可溶材料制备的封堵工具在完成封堵作业后可以实现快速溶解，省去了钻磨工序，这降低了工程风险，提高了施工效率，同时也避免了钻屑对储层造成伤害。目前，油气开采工具用可溶材料以镁合金为主的，且有少量漂珠增强镁基复合材料，关于本发明中提到的短切碳纤维+石墨微粒镁基复合材料未见报道。
经文献检索发现，中国专利申请号：202010526766.9、201410166267.8、201911246268.2等专利发明了不同组分的可溶镁合金。中国专利申请号：201710381832.6、201910165441.X等发明了漂珠增强镁基复合材料。上述方法均利用了镁合金电极电位、合化学性质活泼的易蚀特性，实现了材料的快速溶解，在溶解过程材料与腐蚀液接触的外表面实现逐层溶解，但溶解速度仍有一定的提升余地。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多尺度高强速溶镁基复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料具有保证复合材料快速溶解的同时兼具高力学性能的优点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供了一种多尺度高强速溶镁基复合材料，包含以下组分，其质量分数百分比为：石墨颗粒10-30％、碳纤维10-40％、余量为镁合金，以上原料质量总和为100％。
本发明进一步，所述碳纤维为长度小于5mm的毫米级短切碳纤维。
本发明进一步，所述石墨颗粒的粒度为800-2000目。
本发明进一步，所述镁合金为含有Fe、Ni或Cu元素的速溶镁合金。
本发明进一步，所述碳纤维的长度大于石墨颗粒的直径。
本发明进一步，所述碳纤维的长度是石墨颗粒的直径的两倍。
本发明提供了一种多尺度高强速溶镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：在保护气氛下将镁合金熔融至液相线以上10-50℃，保温；
S2：将碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机中进行机械搅拌，形成纤维与石墨颗粒的混合物，后进行高温除胶处理与预热处理形成固体混合物；
将固体混合物加入融化后的镁合金中并进行机械搅拌和真空除泡，形成分散均匀的混合物；
S3：将分散均匀的混合物放入模具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出，得到多尺度高强速溶镁基复合材料。
本发明进一步，所述S2中，所述高温除胶处理与预热处理，包括以下步骤：
将纤维与石墨颗粒的混合物在保护气氛下加热至镁合金融化温度并保温，形成固体混合物。
本发明进一步，所述保温的时间为10-30分钟；所述保护气氛为氩气。
本发明提供了一种多尺度高强速溶镁基复合材料的应用，所述一种多尺度高强速溶镁基复合材料作为油气开采过程中暂堵工具的制备材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的一种多尺度高强速溶镁基复合材料，首先，选用了电极电位低、化学性质活泼的易蚀镁合金，可以实现复合材料在腐蚀液的作用下快速溶解。其次，采用石墨颗粒和碳纤维作为掺杂相，不仅可以进一步提高复合材料的溶解速度，还可以提高复合材料的强度和硬度；其中石墨微粒和碳纤维均为导电材料，其与镁合金之间可以组成以石墨微粒和碳纤维为正极，以镁合金为负极的原电池，可以促使镁合金失去电子而氧化发生电化学腐蚀。因此，相对于无掺杂相的镁合金其溶解速度会提高，而在碳纤维或石墨颗粒表面发生电化学腐蚀后微米级的石墨颗粒会最先脱离镁合金的粘结而掉落，在复合材料表面形成凹坑。相比于无凹坑的平面，这种带有凹坑的曲面与腐蚀液接触面积大，腐蚀速度会更快，因此会进一步加速材料溶解。此外，由于碳纤维和石墨颗粒均为导电材料，因此可以将腐蚀快速导入复合材料内部，实现材料表面腐蚀的同时内部也产生腐蚀，可以大大加速材料溶解速度。与此同时，石墨颗粒和碳纤维均为高强、高硬材料，其加入镁合金后可以大大提高镁合金的硬度和强度，可以保证复合材料快速溶解的同时兼具高力学性能的优点。
本发明提供了一种多尺度高强速溶镁基复合材料的制备方法，所述方法简单，经本发明方法制得的多尺度高强速溶镁基复合材料，具有溶解速度高、力学性能好等优点。
本发明所述的一种多尺度高强速溶镁基复合材料可用于油气开采过程中暂堵工具的制备，例如应用于可溶压裂球与压裂球座、可溶性压裂桥塞。经本发明方法制得的多尺度高强速溶镁基复合材料与传统可溶镁合金相比，所述多尺度高强速溶镁基复合材料溶解速度高、力学性能好，同时可以通过调节复合材料内部石墨颗粒和碳纤维的含量来改变材料的溶解速度，当需要材料溶解速度快时可适当增加石墨颗粒和碳纤维含量，以提高溶解速度。
附图说明
图1为本发明的镁合金与多尺度镁基复合材料腐蚀原理示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
本发明提供了一种多尺度高强速溶镁基复合材料及其制备方法和应用，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
本发明提供了一种多尺度高强速溶镁基复合材料，由镁合金、毫米级短切碳纤维和微米级石墨颗粒组成；
作为可选方案，其中碳纤维长度小于5mm，质量分数为10-40％，且碳纤维长度大于石墨颗粒直径；石墨颗粒的粒度为800-2000目，含量为质量分数10-30％。
作为可选方案，镁合金选用含有Fe、Ni、Cu等电位相对较高的元素的速溶镁合金。
作为可选方案，碳纤维长度是石墨颗粒直径的两倍。
本发明提供了一种油气开采工具用多尺度高强速溶镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在惰性气体保护下将基体材料熔融至液相线以上10-50℃，保温10-30分钟；
步骤二：将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；
步骤三：将纤维与石墨颗粒的混合物在惰性气体的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温10-30分钟；
步骤四：将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；
步骤五：将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
一种多尺度高强、速溶镁基复合材料的腐蚀溶解机理如图1所示，其作用原理主要是：所述原材料中易蚀镁合金电极电位低、化学性质活泼，使得复合材料在腐蚀液的作用下快速溶解；
掺杂相选用微米级石墨颗粒和毫米级短切碳纤维，石墨微粒和碳纤维均为导电材料，其与镁合金之间可以组成以石墨微粒和碳纤维为正极，以镁合金为负极的原电池，可以促使镁合金失去电子而氧化发生电化学腐蚀；可以将腐蚀快速导入复合材料内部，实现材料表面腐蚀的同时内部也产生腐蚀，可以大大加速材料腐蚀。
如图1所示，图1中图(A-C)为单独镁合金的腐蚀速度，图1中图(D-F)为本发明所述复合材料的腐蚀速度，作为暂堵工具便于去除实现快速溶解，降低工程风险，提高工程效率。
具体如下：
1、石墨微粒和碳纤维均为导电材料，其与镁合金之间可以组成以石墨微粒和碳纤维为正极，以镁合金为负极的原电池，可以促使镁合金失去电子而氧化发生电化学腐蚀。因此，相对于无掺杂相的镁合金其溶解速度会提高。
2、在碳纤维或石墨颗粒表面发生电化学腐蚀后，微米级的石墨颗粒会最先脱离镁合金的粘结而掉落，在复合材料表面形成凹坑。相比于无凹坑的平面，这种带有凹坑的曲面与腐蚀液接触面积大，腐蚀速度会更高，因此会进一步加速材料溶解。
3、由于碳纤维和石墨颗粒均为导电材料，因此可以将腐蚀快速导入复合材料内部，实现材料表面腐蚀的同时内部也产生腐蚀，可以大大加速材料溶解速度。
4、石墨颗粒和碳纤维均为高强、高硬材料，其加入镁合金后可以大大提高镁合金的硬度和强度，可以保证复合材料快速溶解的同时兼具高力学性能的优点。
实施例1
本实例基体金属为含Fe镁合金，碳纤维长度选用3mm，质量分数为20％，石墨颗粒粒度选用1000目，含量为质量分数10％。在Ar气保护下将含Fe镁合金熔融，保温20分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温20分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
实施例2
本实例基体金属为含Fe镁合金，碳纤维长度选用2mm，质量分数为25％，石墨颗粒粒度选用1500目，含量为质量分数15％。在Ar气保护下将含Fe镁合金熔融，保温20分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温20分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
实施例3
本实例基体金属为含Cu镁合金，碳纤维长度选用3mm，质量分数为20％，石墨颗粒粒度选用1000目，含量为质量分数10％。在Ar气保护下将含Fe镁合金熔融，保温20分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温20分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
实施例4
本实例基体金属为含Cu镁合金，碳纤维长度选用2mm，质量分数为25％，石墨颗粒粒度选用1500目，含量为质量分数15％。在Ar气保护下将含Cu镁合金熔融，保温20分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温20分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
实施例5
本实例基体金属为含Cu镁合金，碳纤维长度选用2mm，质量分数为10％，石墨颗粒粒度选用800目，含量为质量分数30％。在Ar气保护下将含Cu镁合金熔融，保温10分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温10分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
实施例6
本实例基体金属为含Ni镁合金，碳纤维长度选用2mm，质量分数为25％，石墨颗粒粒度选用2000目，含量为质量分数20％。在Ar气保护下将含Ni镁合金熔融，保温30分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温30分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
实施例7
本实例基体金属为含Ni镁合金，碳纤维长度选用4mm，质量分数为40％，石墨颗粒粒度选用800目，含量为质量分数15％。在Ar气保护下将含Ni镁合金熔融，保温20分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温20分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
实施例8
本实例基体金属为含Cu镁合金，碳纤维长度选用1mm，质量分数为40％，石墨颗粒粒度选用2000目，含量为质量分数30％。在Ar气保护下将含Cu镁合金熔融，保温20分钟；将短切碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机里做机械搅拌，实现纤维与颗粒的分散；将纤维与石墨颗粒的混合物在氩气的保护下加热至基体融化温度实现碳纤维的除胶与预热，并保温20分钟；将预热后的固体混合物加入融化后的镁合金中并做机械搅拌和真空除泡，实现组分的均匀分散；将分散均匀的混合物放入磨具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出复合材料。
本发明所述一种多尺度高强速溶镁基复合材料及其制备方法，可用于油气开采过程中暂堵工具的制备，比如可溶压裂球与压裂球座、可溶性压裂桥塞。经本发明方法制得的多尺度高强速溶镁基复合材料与传统可溶镁合金相比，所述复合材料溶解速度高、力学性能好，同时可以通过调节复合材料内部石墨颗粒和碳纤维的含量来改变材料的溶解速度，当需要材料溶解速度快时可适当增加石墨颗粒和碳纤维含量，以提高溶解速度。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多尺度高强速溶镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在保护气氛下将镁合金熔融至液相线以上10-50℃，保温；
S2：将碳纤维和石墨颗粒放入搅拌机中进行机械搅拌，形成碳纤维与石墨颗粒的混合物，后进行高温除胶处理与预热处理形成固体混合物；
将固体混合物加入融化后的镁合金中并进行机械搅拌和真空除泡，形成分散均匀的混合物；
S3：将分散均匀的混合物放入模具中加压固化，待温度降低至室温后从模具中取出，得到多尺度高强速溶镁基复合材料；
所述S2中，所述高温除胶处理与预热处理，包括以下步骤：
将碳纤维与石墨颗粒的混合物在保护气氛下加热至镁合金融化温度并保温，形成固体混合物；
所述多尺度高强速溶镁基复合材料的原料包含以下组分，其质量分数百分比为：石墨颗粒10-30%、碳纤维10-40%、余量为镁合金，以上原料质量总和为100%；所述碳纤维为长度1-5mm的毫米级短切碳纤维；所述石墨颗粒的粒度为800-2000目；
所述镁合金为含有Fe、Ni或Cu元素的速溶镁合金；
所述碳纤维的长度大于石墨颗粒的直径。
2.根据权利要求1所述的一种多尺度高强速溶镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1以及S2中的保温的时间均为10-30分钟；所述S1以及S2中的保护气氛均为氩气。
3.根据权利要求1所述的一种多尺度高强速溶镁基复合材料的制备方法制得的多尺度高强速溶镁基复合材料的应用，其特征在于，所述一种多尺度高强速溶镁基复合材料作为油气开采过程中暂堵工具的制备材料。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007291438A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Kyocera Chemical Corp | カーボン含有マグネシウム合金の製造方法およびカーボン含有マグネシウム合金 |
| CN109080235A (zh) * | 2018-10-25 | 2018-12-25 | 西安石油大学 | 一种低/负热膨胀复合材料2.5d多尺度预制体及其制备方法 |
| CN109112442A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-01-01 | 西安石油大学 | 一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料及其制备方法 |
| 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 |
| CN113737039A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-03 | 重庆大学 | 一种井下暂堵工具用高强快速溶解镁合金的3dp制备工艺 |
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Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007291438A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Kyocera Chemical Corp | カーボン含有マグネシウム合金の製造方法およびカーボン含有マグネシウム合金 |
| CN109080235A (zh) * | 2018-10-25 | 2018-12-25 | 西安石油大学 | 一种低/负热膨胀复合材料2.5d多尺度预制体及其制备方法 |
| CN109112442A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-01-01 | 西安石油大学 | 一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料及其制备方法 |
| 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 |
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