[发明专利]一种稀土La改性高强度可溶解铝合金及其熔炼工艺

说明书

一种稀土La改性高强度可溶解铝合金及其熔炼工艺，该合金中Zn含量为0～5.0wt.%，Si含量为0～5.0wt.%，Mn含量为0.1～8.0wt.%，Sn含量为0～15.0wt.%，Ga含量为0～10.0wt.%，In含量为0.1～2.0wt.%，Y含量为0.1～0.5wt.%，其余为Al。其制备方法包括高温熔炼纯铝锭、添加合金元素、搅拌扒渣、冷却浇注、固溶时效处理。通过在熔炼过程中加入稀土元素La来细化铸态晶粒及浇注后固溶时效处理来提高材料的强度和腐蚀性能。所制备出的铝合金材料既具有高强度、耐高压等优良的力学性能，又兼具良好的水溶解性能。

技术领域

本发明属于有色金属熔炼技术领域，涉及一种可溶解铝合金，具体涉及一种稀土La改性高强度可溶解铝合金及其熔炼工艺。

背景技术

水力压裂技术是一项应用于低渗透油气田的增效开采技术。该技术在施工过程中，需采用大量井下工具对不同作业层的施工管柱进行封堵。如果这些工具能够在服役期间满足基本的应用性能要求，又能在服役后迅速溶解，无需切削，保持井筒畅通。这将会极大减少施工周期，节约施工成本。因此，研发一种高强度可溶解材料以制备井下压裂工具对于保障我国油田的稳产和高产有着十分重要的意义。

目前，最常用的可溶解材料主要包括可溶解有机材料、可溶解无机材料和可溶解金属材料。由于可溶解有机材料和可溶解无机材料要么强度低、耐高温、高压性能差，要么溶解速度慢，所以其难以在油气田压裂等对材料热力学性能要求较高的领域使用。因此，使用可溶解金属材料是目前一种最佳的选择。

美国专利（US2007/0181224）公开了一种合金，该合金包括占主要比例的一种或多种活性金属，以及占少量比例的一种或多种合金化产物。主要包含诸如金属元素镓（Ga）、铟（In）、锌（Zn）、铋（Bi）和铝（Al）这类位于元素周期表第Ⅰ和Ⅱ主族中的金属元素。该合金的特征在于其在特定条件下可控制其溶解速度。专利WO2016/165041A1提出了一种高强度可溶解铝合金材料，该材料能够在服役期间满足高机械强度的使用要求，又能在服役完成后迅速溶解。专利201410819770.9提出了一种可溶解铝合金材料，该材料不仅具有较强的强度，而且在服役后无需磨削或返排，大大提高了油气开采的工作效率。专利200910130736.X中也涉及制造一种可降解合金，包括在模具中放置一种或多种合金化产物的粉末，经压制和烧结所得粉末制成产品。以上专利均未涉及到稀土元素La对材料组织及力学性能的影响，而且采用以上方法所制备出的材料其力学性能和溶解性能不能同时满足实际工况要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种稀土La改性高强度可溶解铝合金及其熔炼工艺，把铝合金熔炼原理与电化学腐蚀机理相结合，通过引入Zn、Si、Mn、Sn、Ga、In并合理调控各成分含量，成功实现了对产品稳定性的控制。同时，在熔炼过程中加入稀土元素La来细化铸态晶粒及浇注后固溶时效处理来提高材料的强度和腐蚀性能。所制备出的铝合金材料既具有优良的力学性能，同时又兼具良好的水溶解性能，完全满足实际工况要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种稀土La改性高强度可溶解铝合金，其特征在于，按质量百分比包括以下成分：Zn 0～3.0wt.%，Si 0～0.5wt.%，Mn 0.1～5.0wt.%，Sn 0～20.0wt.%，Ga 0.1～13.0wt.%，In0.1～8.0wt.%，La 0.1～0.5wt.%，其余为Al。

一种稀土La改性高强度可溶解铝合金的熔炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）首先将纯度4N的铝锭放入石墨坩埚熔炼炉中，加入特制覆盖剂后升温至740～760℃使之熔融为铝液：

2）在步骤1）中加入预制的块状Zn，搅拌均匀，温度回升至740～760℃后保温15分钟，然后进行搅拌、扒渣；