[发明专利]一种低成本可溶性镁合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属材料及加工技术领域，涉及一种低成本可溶性镁合金及其制备方法和应用，其可以用于制备页岩油气开采用多级滑套分段压裂技术的相关零部件。所述合金为Mg‑Al‑Ca‑Mn‑Cu‑Ni镁合金，由以下质量百分比的元素组成：Al 0.20～0.50wt％、Ca 0.20～1.00wt％、Mn 0.30～1.10wt％、Cu 0.10～1.20wt％、Ni 0.10～0.50wt％，其余为Mg及不可避免的杂质元素。本发明制备的低成本可溶性镁合金的抗拉强度≥280MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥14％；在93℃、3％KCl溶液中的溶解速率为50‑60mg cm^‑2h^‑1。

技术领域

本发明属于金属材料及加工技术领域，特别涉及一种低成本可溶性镁合金及其制备方法和应用，其可以用于制备页岩油气开采用多级滑套分段压裂技术的相关零部件。

背景技术

科学技术的发展促使全球工业自动化水平不断提高，这导致能源的需求进一步增加。页岩油气作为当前和未来一段时间内能源领域发展的重要方向之一，具有较高的经济价值，相关开采技术在美国已经取得成功并逐步推广到全球。据统计，我国的页岩气储量居世界第一位，页岩油储量居世界第三位，未来发展前景广阔。然而相关开采技术仍然处于起步价段，目前主流技术为水平井开采常用的多级滑套分段压裂技术。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要具有可溶解以及较好的强度和延伸率等特点。

目前国内外针对上述工具开发的可溶解材料多为高分子材料、复合材料、铝合金和镁合金。高分子材料的力学性能较低，并且在高温腐蚀介质中不易分解。复合材料多采用纳米级金属粉，极大的增加了材料成本，也阻碍了其应用推广。

专利“一种耐压快速降解的铸造铝合金及其制备方法”(申请号201710327729.3)和专利“一种轻质耐压快速分解的铸造镁合金”(申请号CN201310284659.X)分别公布了一种可快速溶解的铸造铝合金和铸造镁合金。然而本发明人发现：通过铸造工艺得到铝合金和镁合金产品具有明显铸造组织特征：树枝晶结构、晶粒较为粗大和不同程度的成分偏析；这会导致产品的力学性能偏低和溶解过程的不均匀稳定。

发明内容

针对以上所述问题，本发明提供一种低成本可溶性镁合金及其制备方法和应用。本发明可溶性镁合金中不含价格昂贵的稀土元素，在实现低成本的基础上，既具有良好的力学性能，又具备均一、稳定的溶解速率；该合金是一种综合性能良好的可溶解镁合金。本发明可溶性镁合金制备过程中采用挤压速度可高达20m/min。

本发明采用以下技术方案：

本发明第一个方面，提供一种低成本可溶性镁合金，所述低成本可溶性镁合金为Mg-Al-Ca-Mn-Cu-Ni镁合金，由以下质量百分比的元素组成：Al 0.20～0.50wt％、Ca 0.20～1.00wt％、Mn 0.30～1.10wt％、Cu 0.10～1.20wt％、Ni 0.10～0.50wt％，其余为Mg及不可避免的杂质元素。

本发明中不可避免杂质≤0.050％。

本发明第二个方面，提供以上所述低成本可溶性镁合金的制备方法，包括以下步骤：称取纯镁锭、纯铝锭、Mg-Ca中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Cu中间合金、Mg-Ni中间合金；通入保护气体并进行熔炼，浇注成铸锭；将铸锭进行均匀化处理，切成相应尺寸的坯料并去皮；热挤压成棒材；所述热挤压条件为：挤压温度350～400℃、挤压比为4～10、挤压速度10～20m/min；优选挤压温度350℃。

本发明第三个方面，提供以上所述的低成本可溶性镁合金在制备页岩油气开采过程中的可溶解零部件中应用。

本发明取得有益成果：