一种高强度、可溶性金属基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术首先公开了一种高强度、可溶性金属基复合材料，包含下列重量比的元素组分：AI：10‑15%；Mg：50‑60%；C：25‑30%；以及其它微量元素和杂质。同时本发明专利技术还给出了制备高强度、可溶性金属基复合材料的方法，包括按照铝金属粉末：镁金属粉末：碳纤维：添加剂10‑15:50‑60:20‑30:10‑20的质量比备料；将所述原料按照不同制备流程进行混合制成浆料；浆料经注射成型得到烧结前体；烧结前体进行脱除液体介质处理；将烘干后的烧结前体进行烧结成型得到金属基镁铝复合材料。本发明专利技术提供的高强度、可溶性金属基复合金属材料具有高的强度、特定条件下的可溶性，具有优良的综合机械性能等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、可溶性金属基复合材料及其制备方法
本专利技术属于钻完井工程功能性材料领域中的一种高强度、可溶性金属基复合材料及制备方法，特别是适用于非常规钻完井压裂领域。
技术介绍
新型材料产业已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各个领域，支撑着一大批高新技术产业的发展，对国民经济的发展具有举足轻重的作用，成为各个国家抢占未来经济发展制高点的重要领域。目前钻完井工具使用的桥塞由于其材料不具有自行降解的特性，需要钻铣工艺将桥塞钻通，特别是油气井分段压裂时通常所使用的桥塞需要钻铣工艺来完成，这样不仅增加成本和施工效率低，而且钻铣后的套管通径小，不利于后期油气井的施工和改造作业。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高强度、可溶性金属基复合材料及其制备方法。其技术方案是：一种高强度、可溶性金属基复合材料，包含下列重量比的元素组分：AI：10-15%；Mg：50-60%；C：25-30%；以及其它微量元素和杂质。所述微量元素及质量比包括，Mn：0-0.005%；Si：0-0.13%；Fe：0-0.035%；Cu：0-3.6%；Ni：0-0.008%；Pb：0-0.040%；Sn：0-0.013%；Ag：0-0.003%；Zn：0-0.060%。。前述高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法是：（1）原料准备：按照铝金属粉末：镁金属粉末：碳纤维：添加剂10-15:50-60:20-30:10-20的质量比备料；（2）将所述原料按照不同制备流程进行混合制成浆料；（3）浆料经注射成型得到烧结前体；（4）烧结前体进行脱除液体介质处理；（5）将烘干后的烧结前体进行烧结成型得到金属基镁铝复合材料。所述纯镁、铝金属粉末粒径为50-200目，其中镁金属粉末中镁元素含量大于99.0wt.％，铝金属粉末中铝元素含量大于99.0wt.％；所述的碳纤维包括增强体碳纤维、纳米级碳化硅、或者是石墨晶须；所述添加剂包括粘结剂、界面偶联剂、增塑剂、分散剂或溶剂的一种或者几种。所述粘结剂包括聚乙烯醇、甲基丙烯酸乙酯、聚氨酯、甲基纤维素、聚乙二醇、环氧树脂、聚氯乙烯、丙烯酸酯、酚酞树脂、聚酯树脂中的一种或几种；所述界面偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、ABS接枝马来酸、苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐或缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或几种；所述所述分散剂包括分散润滑剂、阴离子分散剂或非离子型分散剂，其中，所述分散润滑剂为硬脂酸单甘油酯、乙撑双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺、低分子量离聚物或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或几种；所述阴离子型分散剂包括十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的一种或几种；所述非离子分散剂优选聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、Tween80、Span80中的一种或几种；所述增塑剂包括液体石蜡、聚乙二醇、甘油中的一种或几种；所述溶剂包括水、聚乙烯醇、乙二醇、酒精、正庚烷中的一种或几种。一种高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法是：（1）将铝金属粉末、镁金属粉末、增强体碳纤维、粘结剂、界面偶联剂、增塑剂按照质量比10-15:50-60:25-30:8-12:1.5-2.5:0.5-1.5均匀混合成复合浆料；（2）往复合浆料中按照每100ml复合浆料添加1.5-2.5ml质量浓度为3-5％的聚乙烯醇溶液后形成浆料；（3）浆料在注射成型机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料，在注射压力下注入模具中，经模具挤压后得到烧结前体；（4）烧结前体在管式炉中进行烘干以脱去液体介质，烘干温度为120-160℃，保温3-5小时；（5）将烘干后的烧结前体进行真空热压烧结，烧结温度为900-1100℃，压力为40-50MPa，保温30-50min后随炉冷却，成型得到金属基镁铝复合材料。第二种高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法是：（1）先将增强体碳纤维按照增强体碳纤维与阴离子表面活性剂的质量比为4-6∶1加入阴离子表面活性剂中，超声分散1.5～3小时后，用乙醇离心清洗，得到改性后的增强体碳纤维；将铝金属粉末、镁金属粉末、改性后的增强体碳纤维、粘结剂、界面偶联剂、增塑剂按照质量比10-15:50-60:25-30:8-12:1.5-2.5:0.5-1.5混合均匀形成复合浆料；（2）往复合浆料中按照每100ml复合浆料添加1.5-2.5ml质量浓度为3-5％的聚乙烯醇溶液后形成浆料；（3）浆料在注射成型机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料，在注射压力下注入模具中，经模具挤压后得到烧结前体；（4）烧结前体在管式炉中进行烘干以脱去液体介质，烘干温度为120-160℃，保温3-5小时；（5）将烘干后的烧结前体进行真空热压烧结，烧结温度为900-1100℃，压力为40-50MPa，保温30-50min后随炉冷却，成型得到金属基镁铝复合材料。第三种高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法是：（1）先将铝金属粉末、镁金属粉末、增强体碳纤维与粘结剂按照10-15:50-60:25-30:8-12的质量比均匀混入质量占比分别为30-40％的聚氨酯、35-40％的甲基纤维素、20-30％的聚乙二醇组成的粘结剂中得到预混料，再将界面偶联剂、增塑剂按照粘结剂、界面偶联剂、增塑剂质量比8-12:1.5-2.5:0.5-1.5均匀混合于预混料形成复合浆料；（2）复合浆料在混炼机上65-75℃温度下混炼0.5-105h后成为均匀的浆料；（3）浆料经制粒后在注射成型机上于温度为160-180℃、压力为80-100MPa下50-70s注射成型得到烧结前体；（4）将烧结前体经过萃取法热脱除粘结剂；（5）烧结前体在1000-1200℃温度、真空条件下进行烧结，保温1.5h，得到金属基镁铝复合材料。第四种高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法是：（1）将纳米级碳化硅球形粉体均匀混入质量占比分别为25-30％的环氧树脂、40-45％的聚氯乙烯和25-35％的丙烯酸酯组成的粘结剂，铝金属粉末、镁金属粉末均匀混入质量占比分别为30-40％的聚氨酯、35-45％的甲基纤维素和20-30％的聚乙二醇组成的粘结剂中，得到两种预混料，其中铝金属粉末、镁金属粉末与粘结剂的质量比为10-15：50-60:10-12，纳米级碳化硅球形粉与粘结剂的质量比为25-30：4-6，将两种预混料按照质量比1:3.5-4.5混合均匀形成复合浆料；（2）复合浆料在混炼机上80-90℃温度下混炼1-2h后成为均匀的浆料；（3）浆料经制粒后在注射成型机上于温度为170-190℃、压力为90-120MPa下60-80s注射成型得到烧结前体；（4）将烧结前体经过萃取法热脱除粘结剂；（5）烧结前体在1300-1400℃温度、真空条件下进行烧结，保温1.5-2h，得到金属基镁铝复合材料。第五种高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法是：（1）将纳米级碳化硅球形粉体均匀混入质量占比为25-35％的环氧树脂、40-50％的聚氯乙烯和20-30％的丙烯酸酯组成的粘结剂中，316L不锈钢粉体均匀混入质量占比为30-40％的酚酞树脂、40-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度、可溶性金属基复合材料， 其特征在于包含下列重量比的元素组分：AI： 10‑15% ；Mg：50‑60%；C：25‑30%；以及其它微量元素和杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度、可溶性金属基复合材料，其特征在于包含下列重量比的元素组分：AI：10-15%；Mg：50-60%；C：25-30%；以及其它微量元素和杂质。2.根据权利要求1所述的高强度、可溶性金属基复合材料，其特征在于所述微量元素及质量比包括，Mn：0-0.005%；Si：0-0.13%；Fe：0-0.035%；Cu：0-3.6%；Ni：0-0.008%；Pb：0-0.040%；Sn：0-0.013%；Ag：0-0.003%；Zn：0-0.060%。3.根据权利要求1或2所述的高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法，其特征是：（1）原料准备：按照铝金属粉末：镁金属粉末：碳纤维：添加剂10-15:50-60:20-30:10-20的质量比备料；（2）将所述原料按照不同制备流程进行混合制成浆料；（3）浆料经注射成型得到烧结前体；（4）烧结前体进行脱除液体介质处理；（5）将烘干后的烧结前体进行烧结成型得到金属基镁铝复合材料。4.根据权利要求3所述的高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法，其特征是：所述纯镁、铝金属粉末粒径为50-400目，其中镁金属粉末中镁元素含量大于99.0wt.％，铝金属粉末中铝元素含量大于99.0wt.％；所述的碳纤维包括增强体碳纤维、纳米级碳化硅、或者是石墨晶须；所述添加剂包括粘结剂、界面偶联剂、增塑剂、分散剂或溶剂的一种或者几种。5.根据权利要求4所述的高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法，其特征是：所述粘结剂包括聚乙烯醇、甲基丙烯酸乙酯、聚氨酯、甲基纤维素、聚乙二醇、环氧树脂、聚氯乙烯、丙烯酸酯、酚酞树脂、聚酯树脂中的一种或几种；所述界面偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、ABS接枝马来酸、苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐或缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或几种；所述所述分散剂包括分散润滑剂、阴离子分散剂或非离子型分散剂，其中，所述分散润滑剂为硬脂酸单甘油酯、乙撑双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺、低分子量离聚物或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或几种；所述阴离子型分散剂包括十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠中的一种或几种；所述非离子分散剂优选聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、Tween80、Span80中的一种或几种；所述增塑剂包括液体石蜡、聚乙二醇、甘油中的一种或几种；所述溶剂包括水、聚乙烯醇、乙二醇、酒精、正庚烷中的一种或几种。6.根据权利要求5所述的高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法，其特征是：（1）将铝金属粉末、镁金属粉末、增强体碳纤维、粘结剂、界面偶联剂、增塑剂按照质量比10-15:50-60:25-30:8-12:1.5-2.5:0.5-1.5均匀混合成复合浆料；（2）往复合浆料中按照每100ml复合浆料添加1.5-2.5ml质量浓度为3-5％的聚乙烯醇溶液后形成浆料；（3）浆料在注射成型机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料，在注射压力下注入模具中，经模具挤压后得到烧结前体；（4）烧结前体在管式炉中进行烘干以脱去液体介质，烘干温度为120-160℃，保温3-5小时；（5）将烘干后的烧结前体进行真空热压烧结，烧结温度为900-1100℃，压力为40-50MPa，保温30-50min后随炉冷却，成型得到金属基镁铝复合材料。7.根据权利要求5所述的高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法，其特征是：（1）先将增强体碳纤维按照增强体碳纤维与阴离子表面活性剂的质量比为4-6∶1加入阴离子表面活性剂中，超声分散1.5～3小时后，用乙醇离心清洗，得到改性后的增强体碳纤维；将铝金属粉末、镁金属粉末、改性后的增强体碳纤维、粘结剂、界面偶联剂、增塑剂按照质量比10-15:50-60:25-30:8-12:1.5-2.5:0.5-1.5混合均匀形成复合浆料；（2）往复合浆料中按照每100ml复合浆料添加1.5-2.5ml质量浓度为3-5％的聚乙烯醇溶液后形成浆料；（3）浆料在注射成型机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料，在注射压力下注入模具中，经模具挤压后得到烧结前体；（4）烧结前体在管式炉中进行烘干以脱去液体介质，烘干温度为120-160℃，保温3-5小时；（5）将烘干后的烧结前体进行真空热压烧结，烧结温度为900-1100℃，压力为40-50MPa，保温30-50min后随炉冷却，成型得到金属基镁铝复合材料。8.根据权利要求5所述的高强度、可溶性金属基复合材料的制备方法，其特征是：（1）先将铝金属粉末、镁金属粉末、增强体碳纤维与粘结剂按照10-15:50-60:25-30:8-12的质量比均匀混入质量占比分别为30-40％的聚氨酯、35-40％的甲基纤维素、20-30％的聚乙二醇组成的粘结剂中得到预混料，再将界面偶联剂、增塑剂按照粘结剂、界...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，杨海波，唐明，赵勇，马明新，徐鑫，邹晓敏，董恩博，李国锋，邵茹，王毅，齐志刚，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11