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一种功能性快速可溶稀土镁合金材料及其制备方法与流程

镁合金作为现在*轻的商用金属结构材料之一,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,可应用于特定的工业领域。但常温下镁合金的腐蚀速度不高,不能满足工业应用需求。通过合金化方法,提高镁合金的腐蚀速度,有着极为重要的意义。

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中国低渗透油气资源丰富,具有很大的勘探开发潜力,未来油气产量的稳产、增产将更多地依赖于这些低渗透非常规油气资源。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制得,存在钻铣困难、耗时长、钻后粉末、碎块不易返排等缺点。因此开发出了复合材料,尽管解决了比重大的问题,但是因为不能完全溶解,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。


技术实现要素:

本发明的目的在于:提供一种功能性快速可溶稀土镁合金材料,保证其具有优良的力学性能,且能够在相应溶液中实现快速溶解。


一种功能性快速可溶稀土镁合金材料,所述镁合金组成为mgagdbyczrdniemfng,其中m为ga、in元素中的一种或两种元素的组合,n为al、mn、ca、zn、cu、sn、sr、li、la、ce、pr、nd、ge、ag、si等元素中一种或一种以上的任意组合。


其中公式mgagdbyczrdniemfng中b的重量百分比为0.1-15%,c的重量百分比为0.1-10%,d的重量百分比为0.1-5%,e的重量百分比为0.1-10%,f的重量百分比为0.1-10%,g的重量百分比为0-20%,a为余量,a+b+c+d+e+f+g=100。


如上所述一种功能性快速可溶稀土镁合金材料的制备方法,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)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700-710℃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730-750℃,保温10-30min,之后降温至700-710℃进行浇铸,浇铸模具采用水冷铜模。


进一步地,步骤(3)均匀化处理,保温温度范围为400-530℃,时间为10-40h。


进一步地,步骤(4)热挤压过程,挤压温度为350-450℃,总变形量为60-90%。


进一步地,步骤(5)时效处理,温度范围为160-250℃,时间为10-200h。


本发明旨在提供一种功能性新型可溶解镁合金材料,材料强度高,塑性好,可快速溶解,可广泛用于石油开采领域。相比于钢材及复合材料,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。