一种可溶于含氯溶液的镁合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可溶于含氯溶液的镁合金及其制备方法和应用，其中镁合金，包括以下质量百分比的元素：Al：7.5%~12.0%，Zn：0.6%~2.1%，Ni：0.2%~0.8%，Cu:1.2%~2.2%，La 1.2%~2.2%、Ce 0.4%~0.8%，余量为Mg以及不可避免的杂质元素。采用本发明专利技术提供的制备方法制得的可溶于含氯溶液的镁合金，屈服强度≥230MPa，抗拉强度≥330MPa，具有优异的力学性能，且能溶解于一定浓度范围内的氯离子溶液中，适合应用于石油开采领域，以达到节约施工时间，降低开采成本并提高开采效率的目的。采成本并提高开采效率的目的。采成本并提高开采效率的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种可溶于含氯溶液的镁合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术是关于金属材料及加工技术，特别是关于一种可溶于含氯溶液的镁合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着传统油气资源面临枯竭，页岩油气逐渐成为当前和未来一段时间内能源领域发展的一个重要方向，具有较高的发展前景和经济价值。据统计，中国的页岩气和页岩油储量居世界前列，未来发展前景广阔。然而相关开采技术仍然处于起步价段。目前主流的水平井开采常用分段压裂技术可实现同时对多个地层的改造来提高单井产能，从而提高施工效率。该技术的一个关键部件是压裂工具，包括暂堵球、球座、桥塞和滑套等。上述工具在压裂过程中需要具有可溶性以及较好的力学性能，性能好坏可直接影响施工效率。
[0003]在石油或者页岩气的开采过程中，打完井后需要把井封住产生压力，压裂页岩，使油气渗出。正常井下的温度是在100℃到150℃之间，压裂工具和压裂液同时进入井下，压裂液的温度并不高，最初始的温度大概在50℃以下，经过几个小时的压裂作业，温度在90℃以下，这时的压裂工具并不会溶解。为了使得压裂工具获得较好的溶解性能，可以调整压裂液中氯离子的浓度，使其加快腐蚀。因此，开发出一种可在不同氯离子浓度溶液中使用的可溶镁合金具有非常广阔的前景。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可溶于含氯溶液的镁合金，其能够在石油井下自行溶解，具有较高的强度和塑性，可省去钻磨和回收工序，降低工程风险，提高施工效率，同时也可避免钻屑及循环液对储层的伤害。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种可溶于含氯溶液的镁合金，所述镁合金包括以下质量百分比的元素：Al：7.5%~12.0%，Zn：0.6%~2.1%，Ni：0.2%~0.8%，Cu:1.2%~2.2%，La 1.2%~2.2%、Ce 0.4%~0.8%，余量为Mg及不可避免的杂质元素。
[0007]本专利技术的另一方面提供了一种可溶于含氯溶液的镁合金的制备方法，包括以下步骤：a、按上述镁合金的质量百分比，称取镁锭、锌锭、铝锭、紫铜、Mg
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Ni中间合金、Mg
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La中间合金和Mg
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Ce中间合金；b、镁锭在RJ
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2熔剂的覆盖下加热至熔化后，按顺序依次加入Mg
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Ni中间合金、铝锭、锌锭、紫铜、Mg
‑
La中间合金和Mg
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Ce中间合金，稀土中间合金加入后，覆盖RJ
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5减少烧损；c、待全部物料熔化后，使用RJ
‑
5熔剂和保护气氛进行精炼、浇铸成铸锭；d、对铸锭进行均匀化处理后，热挤压成棒材，进行时效处理。
熔剂为适用于稀土镁合金的熔剂，主要用作合金覆盖，兼有精炼的用途，具有较强的扩散性能、表面张力和化学稳定性。其熔点和比重较镁合金低，撒在镁合金上面，能起到熔体和空气的隔绝作用，减少金属在熔炼过程中的氧化、燃烧。其主要成分有MgCl2、KCl、BaCl2、CaF2、CaCl2、NaCl、MgO、不溶物和H2O。
[0023]本专利技术的实施例中采用的镁锭、锌锭、铝锭、紫铜以及中间合金均含有少量不可避免的杂质。
[0024]本专利技术的实施例中采用的氩气纯度≥99％。
[0025]本专利技术的实施例中镁合金铸锭经过双级均匀化处理后挤压后得到挤压棒，挤压棒经时效强化处理，对其进行溶解测试。溶解测试中溶解速率V的计算方式是V=（M1
‑
M2）/（S
×
T），其中M1、M2分别为浸泡测试前后试样的质量，S为浸泡试样的表面积，T为浸泡的时间。
[0026]下面结合具体实施方式对本专利技术的优选方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术权利要求的限制。 除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0027]本实施方式提供了一种可溶于含氯溶液的镁合金，各个元素的质量百分比如下：Al：7.5%~12.0%，Zn：0.6%~2.1%，Ni：0.2%~0.8%，Cu:1.2%~2.2%，La:1.3%~2.2%，Ce:0.4%
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0.8%，余量为Mg及不可避免的杂质元素。在AZ91镁合金的基础上，通过添加La、Ce稀土元素对镁合金进行改性，在镁合金中形成了高熔点高热稳定性铝稀土相。由于铝稀土相对低熔点的Mg
17
Al
12
相的析出有抑制作用，改变了Mg
17
Al
12
形态及分布，镁合金基体变形增加，起到强化基体和细化组织的作用。
[0028]进一步优选的，可溶于含氯溶液的镁合金中各个元素的质量百分比如下：Al：7.5%，Zn：0.6%，Ni：0.4%，Cu：1.2%，La：1.8%，Ce：0.6%，余量为Mg以及不可避免的杂质元素。添加一定质量百分比的稀土元素，可以使镁合金能够以较高的溶解速率自溶解于（45~93）℃温度范围内、氯离子的质量分数在1.4%以上的溶液中。因而可以通过调节压裂液中氯离子的浓度，促使该质量分数百分比的可溶于含氯溶液的镁合金制作的压裂工具，加快腐蚀速度，提高开采效率。
[0029]进一步优选的，可溶于含氯溶液的镁合金中各个元素的质量百分比如下：Al 9.2％、Zn 0.6％、La 1.6％、Ce 0.5％、Cu 1.4％、Ni 0.3％，其余为Mg及不可避免的杂质。在本专利技术中，Ni可与Mg结合形成Mg2Ni相，Mg2Ni相可加速镁合金的腐蚀，进而提高合金腐蚀速率。Ni还可与Al结合形成 Al3Ni2相，该相分布在Mg
17
Al
12
相中，不仅降低了Mg
17
Al
12
相的腐蚀屏障功能，促进了腐蚀产物在降解过程中的剥离，还细化了基体合金晶粒，从而提高力学性能。
[0030]进一步优选的，可溶于含氯溶液的镁合金中各个元素的质量百分比如下：Al 10.5％、Zn 2.0％、La 2.2％、Ce 0.8％、Cu 2.2％、Ni 0.2％，其余为Mg及不可避免的杂质。在本专利技术中，加入微量的Zn可以提高镁合金的固溶强化和析出强化效果，从而进一步改善镁合金的性能。
[0031]进一步优选的，可溶于含氯溶液的镁合金中各个元素的质量百分比如下：Al 9.5％、Zn 1.6％、La 1.9％、Ce 0.6％、Cu 2.0％、Ni 0.2％，其余为Mg及不可避免的杂质。在本专利技术中，利用Al对镁合金产生固溶强化作用，从而提高镁合金的强度。另
外，由于La和Ce在镁中的固溶度极低，可细化晶粒与网状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可溶于含氯溶液的镁合金，其特征在于，所述镁合金包括以下质量百分比的元素：Al：7.5%~12.0%，Zn：0.6%~2.1%，Ni：0.2%~0.8%，Cu:1.2%~2.2%，La 1.2%~2.2%、Ce 0.4%~0.8%，余量为Mg及不可避免的杂质元素。2.一种可溶于含氯溶液的镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、按权利要求1所述镁合金的质量百分比，称取镁锭、锌锭、铝锭、紫铜、Mg
‑
Ni中间合金、Mg
‑
La中间合金、Mg
‑
Ce中间合金；b、镁锭在RJ
‑
2熔剂的覆盖下开始熔炼，待镁锭熔化后，按顺序依次加入Mg
‑
Ni中间合金、铝锭、锌锭、紫铜、Mg
‑
La中间合金和Mg
‑
Ce中间合金，稀土中间合金加入后，覆盖RJ
‑
5减少烧损；c、待全部物料熔化后，使用RJ
‑
5熔剂和保护气氛进行精炼、浇铸成铸锭；d、对铸锭进行均匀化处理后，热挤压成棒材，进行时效处理。3.如权利要求2所述的可溶于含氯溶液的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤a中Mg
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Ni中间合金中Ni的质量百分比为（20~80）%，Mg
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La中间合金中La的质量百分比为（30~40）%，Mg
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Ce中间合金中Ce的质量百分比为（30~40）%。4.如权利要求2所述的可溶于含氯溶液的镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤b和c中RJ
‑
5熔剂的用量为镁锭、锌块、铝锭、紫铜、Mg
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Ni中间合金、Mg
‑
La中间合金和Mg
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Ce中间合金总重量的（2~4）％；且所述步骤c中的保护气氛为氮气或氩气。5. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨清，林迎彬，张财淦，许瑞高，乐启炽，朱福生，
申请(专利权)人：龙南龙钇重稀土科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：