[发明专利]一种高强度的可溶解镁合金及其制备方法

说明书

本公开提供了一种高强度的可溶解镁合金及其制备方法，该镁合金由以下质量百分比的元素组成：Al 2.70～3.50wt％、Ca 3.20～4.00wt％、Mn 0.30～0.70wt％、Cu 0.20～1.20wt％、Ni 0.20～0.60wt％，其余为Mg及不可避免的杂质元素。本公开提供的可溶解镁合金的抗拉强度≥440MPa，拉伸屈服强度≥420MPa，延伸率≥4％，抗压强度≥560MPa，压缩屈服强度≥350MPa；在93℃、3％KCl溶液中的溶解速率为50～70mg·cm^‑2h^‑1。

技术领域

本公开属于可溶解镁合金材料技术领域，涉及一种高强度的可溶解镁合金及其制备方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

可溶解镁合金是一种结构/功能一体化的合金材料，具有广泛的应用前景和巨大的开发潜力。镁合金本身具有一系列优良属性结合其可溶解的特性，可用于加工特殊功能的阀件、管路、定时开关等等，实现支撑、流体或者压力控制，并解决复杂昂贵的干预操作或者由于替换工具造成的高成本、低效率的状况。为了满足实际工作需求，国内外研究者通过改善制备工艺、优化微观结构、调整添加元素等方法使可溶镁合金的力学性能和溶解性能配合更优良。

中国专利CN201410497548.1公开了一种Mg-Al-Pb-Zn镁合金，该镁合金具有高强度和可降解的特性，这种高强度可溶解镁合金密度小，通常在1.7～2.7g/cm³之间，在室温下压缩强度高，达到350～365MPa。

硕士论文《可溶镁合金力学性能及溶解性能试验研究》(张怀博，大连海事大学，2017)提供了一种Mg-Al-Zn镁合金，其提出当Al含量6.5％wt.时，获得的合金压缩强度和溶解性能最好，其压缩强度可达360～375MPa。

虽然现有的可溶解镁合金的强度较高，然而，本公开发明人在实际应用中发现，在复杂地质条件下进行分段压裂时，需要更高强度的可溶解镁合金，而上述高强度可溶解镁合金无法满足这种工况的需求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供一种高强度的可溶解镁合金及其制备方法，该可溶解镁合金既可以在93℃、3％KCl溶液中以较快速度溶解，又具有较高的强度，能够满足复杂地质条件下开采页岩油气过程中对可溶解镁合金的强度要求。

为了实现上述目的，本公开的技术方案为：

一方面，一种高强度的可溶解镁合金，由以下质量百分比的元素组成：Al 2.70～3.50wt％、Ca 3.20～4.00wt％、Mn 0.30～0.70wt％、Cu 0.20～1.20wt％、Ni 0.20～0.60wt％，其余为Mg及不可避免的杂质元素。

Al和Ca可以与Mg形成(Mg,Al)₂Ca相，Al和Mn元素能够形成Al₈Mn₅相，Cu和Ni能够与Mg分别形成Mg₂Cu和Mg₂Ni相，这几种相熔点较高，能够获得得到细小弥散的增强相，以提高镁合金的强度。尤其是通过实验发现，当Al含量为2.70～3.50wt％，Ca含量为3.20～4.00wt％时能够极大的提高可溶解镁合金的强度。同时，本公开合理控制Mg₂Cu和Mg₂Ni的比例，可以显著提高合金的可溶解性能。

通过实验证明，本公开提供的可溶解镁合金的抗拉强度≥440MPa，拉伸屈服强度≥420MPa，延伸率≥4％，抗压强度≥560MPa，压缩屈服强度≥350MPa；在93℃、3％KCl溶液中的溶解速率为50～70mg·cm^-2h^-1。