一种井下压裂用高强韧快速降解Mg-Er-Ni合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种井下压裂用高强韧快速降解Mg

【技术实现步骤摘要】
一种井下压裂用高强韧快速降解Mg
‑
Er
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Ni合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于油气开采材料
，具体涉及一种井下压裂用高强韧快速降解的Mg
‑
Er
‑
Ni合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国油气资源储量丰富，但 70％以上为非常规油气，该类油气当前的开采率不足10％，究其原因是非常规油气开采用压裂工具的开发技术限制。目前可钻式压裂工具由于施工难度大、耗时耗力、增加高等缺陷具有明显的局限性，而可溶式压裂工具具有施工简单、成本低、可靠、完全可溶等优势迅速占领市场，投入到非常规油气的开采。但面对油气开采的更高效率、更深的开采深度和更复杂的开采环境需求，同时兼具高强快速降解的压裂工具亟待开发。
[0003]目前，可溶压裂工具的开发基于高比强度、低密度、低耐蚀性的镁作为原材料，采用一系列的合金化和变形加工手段来开发可溶镁合金压裂工具。目前开发的Mg
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Al系和Mg
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Zn系压裂工具或多或少存在强度低或者降解性能差的问题，无法较好满足高压复杂环境压裂工具的使用需求。而含多重第二相的 Mg
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RE
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Ni合金虽然最高强度可达510MPa，但其降解速率最高仅为2400mm/a，所以亟需开发一种兼具高强性快速降解压裂用镁合金材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的主要目的在于提供一种井下压裂用高强韧快速降解的Mg
‑
Er
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Ni合金，旨在解决现有镁合金无法兼顾强度和降解速率的问题。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种井下压裂用高强韧快速降解的Mg
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Er
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Ni合金，包括按质量百分比计的如下组分：Er：6
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15％，Ni：1
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5％，且Er/Ni的摩尔比为1.3
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1.8，余量为 Mg和不可避免的杂质元素；其中，Mg、Ni和Er主要形成层状和块状共存的 Ni
‑
LPSO相，且所述Ni
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LPSO相的体积分数为15
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36％。
[0007]在某些具体实施例中，所述Er/Ni的摩尔比为1.4
‑
1.6，且所述Ni
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LPSO 相的体积分数为24
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36％。
[0008]本专利技术的目的在于还提供前述的Mg
‑
Er
‑
Ni合金的制备方法，包括如下步骤：将镍源、镁源和铒源混合均匀，进行合金化处理，得的高强韧快速降解的 Mg
‑
Er
‑
Ni合金。
[0009]在某些具体实施例中，所述镍源选在镍单质和/或镍合金；
[0010]进一步，所述镍合金选在镁镍合金；
[0011]在某些具体实施例中，所述镁源选自镁单质和/或镁合金；
[0012]进一步，所述镁合金选自镁镍合金；
[0013]在某些具体实施例中，所述铒源包括镁铒合金、镍铒合金中的至少一种；
[0014]在某些具体实施例中，所述合金化处理为熔炼铸造法和粉末合金法；
[0015]进一步，采用熔炼铸造法进行合金化处理；
[0016]在某些具体实施例中，所述熔炼铸造法包括如下步骤：
[0017](a)铸造：将镍源、镁源和铒源混合均匀，进行熔炼铸造，得到铸态合金；
[0018](b)热处理：将铸态合金依次进行均匀化处理和挤压变形处理，即制得高强韧快速降解的Mg
‑
Er
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Ni合金。
[0019]进一步，在步骤(a)中，进行熔炼铸造时，先升温至760
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800℃，保温并搅拌使原料全部熔化后,再在760
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780℃下保温10
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20min，最后通过5
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10℃盐水浴快速冷却后，得到铸态合金；
[0020]进一步，熔炼铸造时采用惰性气体保护；所述惰性气体选自氦气、氩气、二氧化碳和六氟化硫中的至少一种；
[0021]进一步：在步骤(b)中，进行均匀化处理的温度为380
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420℃，时间为 25
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35min。
[0022]进一步，在步骤(b)中，进行挤压变形处理时的挤压比为9
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15，挤压变形速度为0.3
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0.4m/min；优选地，进行挤压变形处理的温度为380
‑
420℃。
[0023]本专利技术的目的在于还提供包含前述的Mg
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Er
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Ni合金在油气开发领域中的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：
[0025]1)本专利技术所提供的井下压裂用高强韧快速降解的Mg
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Er
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Ni合金，以镁为基础材料，通过加入Ni和Er，在760
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800℃熔化，760
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780℃，10
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20min保温处理，5
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10℃盐水浴快速冷却调控第二相组织形态；再通过调控Er/Ni的摩尔比，控制其仅产生Ni
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LPSO相；最后通过挤压前短时间的均匀化热处理，使得快速冷却过程在Mg基体中未析出的层状LPSO相析出，制备出含块状和层状Ni
‑
LPSO相合金，既避免脆性Mg2Ni相和低电位MgEr稀土相生成，同时实现了强韧性和降解特性的协同提升。
[0026]2)本专利技术所提供的井下压裂用高强韧快速降解的Mg
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Er
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Ni合金，工艺流程简单，无需固溶与时效热处理，工序简化，成本降低，采用的电阻炉、挤压机等设备均为常规设备，便于工业化应用。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0028]图1为本专利技术中实施例2所提供的Mg
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Er
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Ni合金的SEM图；
[0029]图2为本专利技术中实施例2所提供的Mg
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Er
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Ni合金的ImagePro测试图；
[0030]图3为本专利技术中实施例2所提供的Mg
‑
Er
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Ni合金的TEM图；
[0031]图4为本专利技术中实施例1
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实施例6所提供的Mg
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Er
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Ni合金的工程力图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下压裂用高强韧快速降解的Mg
‑
Er
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Ni合金，其特征在于，包括按质量百分比计的如下组分：Er：6
‑
15％，Ni：1
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5％，且Er/Ni的摩尔比为1.3
‑
1.8，余量为Mg和不可避免的杂质元素；其中，Mg、Ni和Er主要形成层状和块状共存的Ni
‑
LPSO相，且所述Ni
‑
LPSO相的体积分数为15
‑
36％。2.根据权利要求1所述的Mg
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Er
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Ni合金，其特征在于，所述Er/Ni的摩尔比为1.4
‑
1.6，且所述Ni
‑
LPSO相的体积分数为24
‑
36％。3.根据权利要求1或2中所述的Mg
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Er
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Ni合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将镍源、镁源和铒源混合均匀，进行合金化处理，得的高强韧快速降解的Mg
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Er
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Ni合金。4.根据权利要求1所述的Mg
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Er
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Ni合金的制备方法，其特征在于，所述镍源选在镍单质和/或镍合金；优选地，所述镍合金选在镁镍合金；优选地，所述镁源选自镁单质和/或镁合金；优选地，所述镁合金选自镁镍合金；优选地，所述铒源包括镁铒合金、镍铒合金中的至少一种。5.根据权利要求4所述的Mg
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Er
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Ni合金的制备方法，其特征在于，所述合金化处理为熔炼铸造法和粉末合金法；优选地，采用熔炼铸造法进行合金化处理。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬丰，代朝能，马凯，王丹芊，王叶，王金星，柴俊青，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：