[发明专利]一种高强度可溶铝合金及其制备方法

说明书

本发明属于有色金属领域，一种高强度可溶铝合金及其制备方法，本发明通过调整Mg的百分含量并添加Ti和Zr元素进行复合细化强化，在真空环境下进行冶炼，避免Mg元素的烧损，并结合不同的热处理工艺，显著提升了合金的抗拉强度，得到可满足不同实际工况需求的可溶铝合金材料，为不同性能要求的工具提供可批量工业化生产的材料。所述高强度可溶铝合金的压缩屈服强度为110～300Mpa、压缩强度为500～900MPa、抗拉强度为140～400MPa、拉伸率为1～15％，所述高强度可溶铝合金在不同温度的清水和矿化度溶液中溶解速率均可调整，应用于具有溶解性要求的各种工具，例如暂堵工具、桥塞等。

技术领域

本发明属于有色金属领域，具体涉及一种高强度可溶铝合金及其制备方法。

背景技术

我国在近几年探明的油气储量中，其中70％是低渗透的非常规油气资源，在未来我国油气产量中随着低渗透非常规油气资源所占比重的增长，其对于我国油气产能稳定增长的重要性将显著加大。开发这些非常规油气资源需要依靠水力压裂、酸压等储层改造工艺技术，其中采用套管、滑套、裸眼封隔器以及桥塞的多层多段分段压裂技术是正在广泛应用的技术之一。在井下分层分段压裂中，需要在层段间投球或者下入桥塞进行各层段间的封隔，再进行下一步施工，施工完成后，需要将暂堵工具去除。此前，此类工具大多由钢材制成，存在钻铣困难、耗时长、钻磨后的粉末、碎块不易返排等缺点。在井下工具中引入在水中可溶解材料，让工件在井下自行溶解失效，能省去钻磨和回收工序，降低工程风险，提高施工效率，同时也可避免钻屑及循环液对储层的伤害。因此，对于井下暂堵工具溶解材料的持续研发能同时达到提高产能和保护环境的目标，大幅提高作业效率，降低作业成本。

目前国内外井下工具材料应用较多的都是镁合金，镁合金强度低、制备工艺复杂，因镁易燃烧的特性也大大降低了镁合金的应用，本发明提出了一种强度高、延伸率大的可溶铝合金，大大扩展了制备的井下工具种类。

中国专利文献CN106906392A(CN201710327729.3)提出了一种耐压快速降解的铝合金及制备方法，其强化金属只有Cu和Mg元素，材料抗拉强度有限，整个暂堵工具在工作时，除压裂球外其他主体工具更多的处于拉伸状态，所以在评价材料力学性能时其拉伸性能更重要。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种高强度可溶铝合金及其制备方法，主要解决现在技术对可溶解铝合金材料抗拉强度评价性较少，导致使用范围受限的问题。本发明的可溶铝合金材料通过调整低熔点金属和强化元素的种类和成分，有效改善了材料的抗拉强度，使其能够应用于有自降解需求的各种井下工具，强度及拉伸率可根据实际情况做出调整，并且溶解速率可调。

本发明的技术方案如下：

一种高强度可溶铝合金，由以下组分组成：1～10wt.％低熔点金属、3.9～10.5wt.％强化元素，余量为铝；所述低熔点金属包括Ga、In和Sn；所述强化元素包括Cu、Mg、Ti、Si、Zr，所述Mg含量为3.5～7.5wt.％。

本发明的发明原理：通过调整低熔点金属和强化元素的含量，保证材料力学性能的同时，能够通过调整低熔点金属的成分及含量来调整溶解速率，由于低熔点金属在铝合金中的化合物为脆性材料，会弱化材料的抗拉性能，因此需要控制低熔点金属与强化元素的比例，并通过调整强化元素增强材料的抗拉性能；