[发明专利]一种速溶镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种速溶镁合金及其制备方法，所述镁合金组成为Mg‑Cu‑Ni‑RE，其中Cu元素含量为0.5‑6wt.％，Ni元素含量为0.5‑8wt.％，RE元素为Gd，Y，Nd三种元素中的一种或多种组合，含量为0.5‑6wt.％。经熔炼铸造，热处理，热挤压以及时效处理后得到相应合金。与现有技术相比，采用本发明所述成分及工艺制备的镁合金材料，具有较高的强度及良好的塑性，且可在含有微量电解质的溶液中实现快速溶解，适用于加工制备油、气田压裂过程中使用的封堵工具，采用该材料制备的井下工具可在服役结束后自行溶解，省去后续返排、钻铣等工序，极大的提高了施工效率，节约施工成本，降低能源消耗。

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料领域的镁合金材料制备，具体是一种速溶镁合金及其制备方法。

背景技术

中国低渗透油气资源丰富，具有很大的勘探开发潜力，但这些油气资源大多分布于不同深度的地层中，开发这些非常规油气资源必须依靠水力压裂等储层改造工艺技术。在水力压裂技术中，不同层段间需使用封隔工具(如压裂球、桥塞)分隔后逐层进行压裂改造，待所有层段施工完成后再将封隔工具返排出，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、高分子材料等制备而成，这些工具使用中存在钻铣困难、耗时长、钻后粉末/碎块不易返排等缺点。因此国际上开发出了复合材料，尽管减少了施工中易产生的问题，但是因为不能完全溶解，仍存在易卡堵通道的问题，而且原材料生产与加工需依赖进口，费用昂贵。

镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度，良好的电磁屏蔽能力、机加工性能和易于再生利用等一系列的优点，在航空航天、海洋、汽车、电子等领域受到广泛应用。另一方面，镁合金具有较低的电极电位，化学性质较为活泼，在大部分溶液中容易发生腐蚀，根据这一特点，镁合金材料可用来制备应用于油气开采领域的压裂封隔工具。但现有的镁合金材料的腐蚀速度不高，还不能满足油气开采工具的实际需求，需要提供一种新型镁合金材料，具有较高的腐蚀速率，以满足工业需求。

本申请旨在提供新型可溶解镁合金材料，其强度高，塑性好，可快速溶解，可广泛用于石油开采领域。相比于现有材料，其能完全溶解，不存在易卡堵问题，不存在二次下钻问题，可降低生产成本，主要用在压裂井下工具构件，如压裂球、球座、封隔器、桥塞等制造上。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种速溶镁合金及其制备方法，保证其具有优良的力学性能，且能够在电解质含量较低的溶液中实现快速溶解。

一种速溶镁合金及其制备方法，所述镁合金组成为Mg-Cu-Ni-RE，其中Cu元素含量为0.5-6wt.％，Ni元素含量为0.5-8wt.％，RE元素为Gd，Y，Nd三种元素中的一种或多种组合，含量为0.5-6wt.％

一种速溶镁合金及其制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

(1)预处理：按重量百分比称取所需原料，并将金属表面氧化层用砂纸打磨掉。

(2)熔炼浇铸：将预处理后的原料放入石墨坩埚中，在电阻炉中加热熔化，并搅拌混合均匀，浇铸后得到铸锭；

(3)均匀化处理：将所得铸锭在一定温度下保温一段时间；

(4)热挤压：将所得铸锭在一定温度下进行热挤压，得到合金棒材；

(5)时效处理：将挤压所得的合金棒材在一定温度下进行时效处理。

进一步地，步骤(2)所述的熔炼浇铸过程，先将纯镁加入到坩埚中熔化，熔化过程中需使用SF₆+CO₂气体保护，随后将熔体温度升至700-720℃加入其他纯金属及中间合金，待全部熔化后进行搅拌和扒渣，将熔体温度升高到730-760℃，保温15-30min，之后降温至710-730℃进行浇铸，浇铸模具采用水冷铜模。