[发明专利]一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法，合金中各元素的百分比为：Al：3.0%‑10.0%、Zr：0.05%‑0.3%、Mn：0.4%‑1.2%、Gd：5.0%‑8.0%、Na：0.5%‑2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质。Al可以增强合金的强度，Zr和Mn能够细化晶粒，提高合金的强度。这与本发明的制备方法结合，可保证材料在低温下能够实现快速降解，有效地满足石油开采过程中对堵塞材料的需求。

技术领域

本发明涉及到镁合金材料领域，具体是一种含Na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法。

背景技术

随着能源的加剧和石油的发展，油气和天然气的开采利用成为了许多资源研究的焦点。天然气和油气的开采需要解决储层内的流通性差、渗透率低等问题。压裂技术是核心技术，在压裂的过程中，憋压球作为压裂工作的核心，应用日益广泛。封堵用的憋压球是作业时的关键材料，必须通过井上工具运送到井下预定部位，进行分段、分层封堵与压裂，直到井下作业完成。要开发出一种新型的堵塞球材料，能在压裂结束后一定时间内能够自行分解掉，结合憋压球一般的使用环境，可溶性憋压球需要具备一定的力学性能，使憋压球在高压压裂作业中仍然能够保持完整不变形，同时还要具备在一定温度下的降解速度，保证储层的正常生产。不同油气地区的对堵塞球的要求也不同，本发明为了满足憋压球在小于20℃的低温环境下开采油气并且具有良好的抗压和快速溶解的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种含Na高强度低温快速降解镁合金材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种含Na高强度低温快速降解镁合金，包括下述重量百分比例组成： Al：3.0%-10.0%、Zr：0.05%-0.3%、Mn：0.4%-1.2%、Gd：5.0%-8.0%、Na：0.5%-2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质。

Al能够提高镁合金强度，但Al的含量太高会使得镁合金变脆。Gd固溶于镁基体中，能够细化组织，固溶处理之后屈服强度和高温抗拉强度提高，在镁基体中的溶解度为8.0%，综合加入5%-8%。Zr和Mn都可以明显的细化晶粒，提高强度。Mn可以降低塑性缺陷的产生，阻碍晶粒的长大。Na元素的添加有利于提高合金在低温下的降解速率。

本发明涉及一种含Na高强度低温快速降解镁合金的制备方法，所述镁合金包括如下组分及其重量百分配比： Al：3.0%-10.0%、Zr：0.05%-0.3%、Mn：0.4%-1.2%、Gd：5.0%-8.0%、Na：0.5%-2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质；所述方法包括如下步骤：

①按照含Na高强度低温快速降解镁合金的组分配比精确配料，将镁锭和Mg-Mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯Al、Mg-Zr中间合金、Mg-Gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min；

②炉中继续慢慢升温，温度达到750℃-780℃，加入Al-Na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20-30min，得到镁合金熔体；

③将步骤②得到的镁合金熔体倒入预热的300℃-400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭；

④在420℃下对镁合金铸锭进行挤压，挤压的速度为3 m/min，挤压比为8。

采用本方法制备得到的镁合金，在20℃的抗压强度为324Mpa~342Mpa，在20℃、3%KCl溶液下的腐蚀速率是46 mg/cm²·h~56 mg/cm²·h，可保证材料在石油开采过程中对堵塞材料的抗压需求，同时在相对低温下能够实现快速降解。该材料有效的满足了不同油气地区（尤其是寒冷地区）在油气开采过程中的对憋压球的需求。

具体实施方式

案例1