[发明专利]一种耐碱性铝合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐碱性铝合金复合材料，该复合材料由基材和前躯体组成，所述基材为铝合金，所述的铝合金中各元素的质量分数为Cu 3.8～4.9％、Mg 1.2～1.8％、Mn 0.30～0.90％，其余为Al。所前驱体为Ni₆₀Nb₂₀Ti_12.5Hf_7.5金属玻璃合金包覆的碳酸钙CaCO₃颗粒，所述前躯体占基材质量百分比的20～30％，前躯体的粒径为50～100μm。制备方法包括以下步骤：制备前驱体、制备基材、制备铸坯、挤压成型、固溶、时效处理。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种耐碱性铝合金复合材料及制造方法。

背景技术

与钢钻探管相比铝合金钻探管具有重量轻、抗疲劳、柔性大、耐蚀、耐寒、临界速度高等优点。目前已有20多个国家开始了铝合金钻探管的开发和应用。我国是海洋石油资源丰富的国家，近年来海上石油钻探发展迅速，在国内开发铝合金钻探管是很有前途的。特别是我国东海、黄海、南海等广大海域的深海和大陆架的油气十分丰富，采用铝合金钻探管很有必要。但在碱性环境中，铝合金表面的氧化膜不断溶解并伴有析氢过程而发生“自腐蚀”，在介质流速作用下，钻井液高速流动冲刷腐蚀产物，削弱了腐蚀产物沉积对腐蚀反应的阻滞作用致使铝合金材料腐蚀加剧。因此，为了解决上述问题需要提高铝合金钻杆材料的耐碱性腐蚀。

对经阳极氧化处理后的铝及铝合金工件依次进行三次封孔处理，第一次封孔采用的方法为冷封、热水封、有机酸封孔或稀土金属盐封孔，第二次封孔采用的方法为钝化或陶化，第三次封孔采用的方法为中高温热封孔或沸水封。本发明提供的封孔方法，突破现有单步或两步封。

目前公知的耐碱性腐蚀的铝基复合材料主要制备方法对在铝合金表面的多孔氧化膜进行封孔处理法提高其耐碱性腐蚀，采用冷封、热水封、有机酸封孔或稀土金属盐封孔、钝化或陶化等方法。经对现有技术文献的检索发现，中国专利公告号为:CN106119924U，公告日为：2016.06.21，发明名称为:一种可提高铝及铝合金阳极氧化膜耐碱性及耐蚀性能的封孔方法，对经阳极氧化处理后的铝及铝合金工件依次进行三次封孔处理，利用多步工艺，充分发挥各步封孔的优势，并引入钝化工艺作为中间封孔，可显著提高耐蚀性、连续酸碱性能，并具有更强的耐碱性能。该方法缺点在于铝合金表面氧化膜薄很容易磨损，磨损后暴露出新的基体材料耐碱性腐蚀减弱。中国专利公告号为:CN 104233428A，公告日为2014.09.26，发明名称为:一种提高铝或铝合金材料表面阳极氧化膜耐碱性能的方法，该发明先将铝或铝合金材料进行打磨、抛光预处理后，置于含有有机酸、无机酸和可溶性含氧酸盐的电解液中进行阳极氧化处理，对阳极氧化处理所得氧化膜进行封闭处理后，再在封闭处理后的铝或铝合金材料表面形成硅烷膜层提高铝或铝合金材料表面阳极氧化膜的耐碱性能。缺点在于铝合金材料氧化膜采用硅烷膜层进行封孔，高分子材料耐磨性差耐碱性腐蚀层很容易在摩擦力作用下易破坏。

发明内容

本发明针对以上缺点从改善铝合金材料本质出发，以铝合金为基材，将Ni₆₀Nb₂₀Ti_12.5Hf_7.5金属玻璃合金包覆的碳酸钙CaCO₃颗粒加入铝合金中，采用喷射沉积增材制造和热挤压工艺制备耐碱性腐蚀的钻杆用铝基复合材料。所添加的Ni₆₀Nb₂₀Ti_12.5Hf_7.5金属玻璃合金和碳酸钙CaCO₃颗粒具有超高耐腐蚀性，腐蚀速率比普通的Ni基合金还要低三个数量级。并与铝合金基体间的界面润湿性与界面相容性好。因此，本发明制备的钻杆用铝基复合材料具有良好的耐碱性腐蚀，对于碱性环境下的油气开采具有重要的意义。

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，通过改变铝合金材料本质提高其耐碱性腐蚀。本发明提供一种耐碱性腐蚀的钻杆用铝基复合材料及增材制造方法。