本发明专利技术提供了一种铜基记忆合金补贴管及其制备方法、补贴方法和用途。所述铜基记忆合金按质量百分比计包括以下元素：Be：0.2～1.6％，Al：6～14％，Mn：1～10％，Ga：0～3％且不包括0，杂质：0～0.1％，余量为Cu。所述补贴管是由膨胀组件和连接管连接而成；其中，膨胀组件包括依次连接的膨胀圆柱体、锥形连接体和内螺纹圆柱体。其制备方法为：根据合金成分称取原料并进行熔炼，然后在定向凝固冷却系统中进行冷却，制得铸锭，再进行热机械处理，得到补贴管。所述补贴管补贴工艺简单，其能与待补贴的套管间产生强大的过盈配合，从而与套管间产生很大的密封压力和摩擦力，防止漏油和掉落。
【技术实现步骤摘要】
一种铜基记忆合金补贴管及其制备方法、补贴方法和用途
本专利技术属于新材料和输油设备
，涉及一种补贴管及其制备方法、补贴方法和应用，尤其涉及一种铜基记忆合金补贴管及其制备方法、补贴方法和用途。
技术介绍
在工业生产中，大量的油田抽油套管、化工容器以及管路和水路会因腐蚀和地质变动等出现局部破裂和泄漏而失效，其产生了重大社会经济损失。油田每年有10％的油井要报修，国内有上百万口井，全世界上亿口井，这渉及数千亿美元市场，因此，对破裂和泄露的油田抽油管道等进行补贴具有重大的技术经济意义。较早的补贴技术主要是采用缝波纹管补贴技术，近2年的最新技术是无缝膨涨管补贴，它们都是美国技术，前者补贴不可靠，易掉井，易漏；后者的可靠性虽然增加了，但两种技术均费工、费时、费钱，并且需使用重型机械液压设备，后者还需要使用特殊进口钢材。热功能好的钛镍合金可以用于补贴技术，专利CN104060126A提供了一种镍钛系形状记忆合金，所述的镍钛系形状记忆合金由镍、钛、铜、铬、锰以及镉六种金属成分组合而成，所述的镍钛系形状记忆合金中各成分所占重量百分比分别为：所述的镍占60.3％～64.9％，所述的钛占21.4％～22.5％，所述的铜占7.4％～8.3％，所述的铬占2.8％～3.7％，所述的锰占1.9％～2.7％，所述的镉占1.6％～2.5％。但是镍钛合金资源稀缺，价格昂贵，且制备工艺繁杂，现有技术还制造不出20mm粗的无缝管件。现有技术中有将铁基记忆合金用于油田补贴堵漏，但未获得成功，其原因是由于铁基合金记忆效应低下，最大回复变形率仅1～2％，且非热弹性相变回复，并且价格也不非。同时，现有技术中最新膨涨补贴技术所用的管材还是普通钢，其在含硫化氢、湿气大且高温的油田环境中腐蚀严重。因此，找到一种热弹性相变性能好、耐腐蚀、成本低且制备工艺简单的套管补贴设备是现在亟需解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中补贴材料热弹性相变性能差、易腐蚀、生产困难、加工工艺繁杂和成本高等问题，本专利技术提供了一种铜基记忆合金补贴管及其制备方法、补贴方法和用途。通过熔炼、在冷却系统中进行冷却(尤其是定向凝固冷却处理)和热机械处理，使得应用铜基记忆合金制得的补贴管具有良好的热弹性相变性能，并且补贴工艺简单，成本低。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种铜基记忆合金补贴管，所述补贴管采用的铜基记忆合金按质量百分比计包括以下元素：其中，Be的质量百分比可为0.2％、0.21％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.59％或1.6％等；Al的质量百分比可为6％、6.01％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、13.9％或14％等；Mn的质量百分比可为1％、1.01％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、9.99％或10％等；Ga的质量百分比可为0.01％、0.3％、0.5％、0.7％、1.0％、1.3％、1.5％、1.7％、2.0％、2.3％、2.5％、2.7％、2.99％或3％等；杂质的质量百分比可为0、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.099％或0.1％等；余量为Cu。优选地，所述补贴管采用的铜基记忆合金按质量百分比计包括以下元素：以上所述Al、Mn、Be和Ga四种元素，均能在固态与Cu形成有序的马氏体相变，产生超弹性；Al作为形成超弹性合金的主要元素，Mn能够扩大元素Al在合金中的作用，提高塑性；Ga与Cu在高温下形成β相，能增加合金在磁场作用下的超弹性，Be可以提高合金的超弹性和硬度；并且Cu自身的电位较正，不易被腐蚀，使得合金具有抗硫和硫化氢腐蚀的能力。同时，所含元素的含量对合金性能也有很大影响，例如当Be质量百分比太少时无记忆性能，其含量太多时，材料太脆；当Ga含量高于3％时会使合金脆化。以上所述合金成分是根据下列公式进行设计的：Ms(℃)＝635-43×Al(质量百分比)-302×Be(质量百分比)-18×Mn(质量百分比)-8×Ga(质量百分比)根据上述公式，根据油井所在地区、修井季节期气温、地质情况来确定所需的回复相变的温度，设计合金成份。其中，相变温度有4个，加热时高温相开始形成点As(马氏体逆转变开始的温度，单位℃)和高温相形成结束点Af(马氏体逆转变终止的温度，单位℃)，降温时低温相开始形成点Ms(马氏体转变开始的温度，单位℃)和降温时低温相形成结束点Ms(马氏体转变结束的温度，单位℃)。本合金的Ms和As间相差10～30℃，As与Af间相差30～50℃，这些均与加工过程中的热机械处理有关，且可以由仪器测出，更精确的数据可由DSC仪(微分差异量热法)测出。当所述合金处于高温相时，其强度高、弹性好，而低温相软而塑，因此为了使合金具有高强度同时保持良好的弹性，需要合金始终处于高温相。故需要高温相开始形成点As(马氏体逆转变开始的温度，单位℃)和高温相形成结束点Af(马氏体逆转变终止的温度，单位℃)低于材料的使用温度；其马氏体转变开始的温度Ms(℃)更要低于材料的使用温度。优选地，所述补贴管由膨胀组件和连接管连接而成。其中，膨胀组件包括依次连接的膨胀圆柱体、锥形连接体和内螺纹圆柱体。优选地，所述膨胀圆柱体的直径大于内螺纹圆柱体的直径。优选地，所述连接管有外螺纹。优选地，所述膨胀组件和连接管通过螺纹连接，即所述膨胀组件可以与上部有外螺纹的连接管和/或下部有外螺纹的连接管相连，并且多个连接管可以连接多个膨胀组件。优选地，所述膨胀组件的个数≥1，例如1个、2个、3个、4个、5个或更多。优选地，所述连接管的个数≥1，例如1个、2个、3个、4个、5个或更多。优选地，所述连接管为无缝管。优选地，所述连接管的材料为低碳钢、奥氏体不锈钢或铝青铜中任意一种。优选地，所述连接管的壁厚为2.5～3.5mm，例如2.5mm、2.51mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.49mm或3.5mm等。优选地，所述补贴管长度为1～5m，例如1mm、1.1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、4.9mm或5mm等；其中补贴管的长度是指膨胀组件和连接管连接起来的总长度。优选地，所述补贴管是通过熔炼，然后在冷却系统中进行冷却再经热机械处理制备得到的。优选地，所述冷却系统为定向凝固冷却系统，其中所述定向凝固冷却尤其指高强度激冷系统，对经过熔炼的金属进行高强度激冷操作，可使材料的最大回复变形率成倍增加，使最大弹性变形量(E％)达到达5～15％。热功能记忆材料的特性是形状最大弹性变形量E％，超过它材料就不能全回复，且差值愈大回复愈少。经过定向凝固冷却系统处理得到定向柱状晶体，所述定向柱状晶体中杂质易排除，结晶紧密，与柱晶垂直方向上强度大。上述铜基记忆合金补贴管的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)根据上述铜基记忆合金的成分称取原料并进行熔炼，然后在冷却系统中进行冷却，制得铸锭；(2)将步骤(1)得到的铸锭进行热机械处理，得到补贴管；任选地，进行步骤(3)在补贴管的膨胀组件和连接管间涂密封剂。步骤(1)中所述的熔炼为真空熔炼或氩熔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铜基记忆合金补贴管，其特征在于，所述补贴管采用的铜基记忆合金按质量百分比计包括以下元素：
【技术特征摘要】
1.一种铜基记忆合金补贴管的制备方法，其特征在于，所述补贴管采用的铜基记忆合金按质量百分比计包括以下元素：所述补贴管由膨胀组件(100)和连接管(200)连接而成；其中，膨胀组件包括依次连接的膨胀圆柱体(101)、锥形连接体(102)和内螺纹圆柱体(103)；所述膨胀圆柱体(101)的直径大于内螺纹圆柱体(103)的直径；所述连接管(200)有外螺纹；所述膨胀组件(100)和连接管(200)通过螺纹连接；所述铜基记忆合金补贴管的制备方法包括以下步骤：(1)根据所述的铜基记忆合金的成分称取原料并进行熔炼，然后在冷却系统中进行冷却，制得铸锭；(2)将步骤(1)得到的铸锭进行热机械处理，得到补贴管；(3)在补贴管的膨胀组件(100)和连接管(200)间涂密封剂；所述冷却系统为定向凝固冷却系统；所述冷却系统采用干冰或液氮进行冷却，所述冷却系统中冷却设备采用金属铜作底座；步骤(2)中所述热机械处理为均化处理、形变热处理、定型热处理和除空位处理；所述形变热处理包括热锻和连接；所述形变热处理中的热锻为：将经过均化处理后的铸锭在蒸汽锤中进行锻打，其始锻温度为820～840℃，终止温度为600～620℃；所述形变热处理中的连接为：将经过热锻处理后的铸锭与连接管进行连接，得到半成品；所述定型热处理为：将经过形变热处理后的半成品在800～820℃下进行保温，然后进行冷却；所述除空位处理为：将经过定型热处理的半成品在100～150℃下保温30～60min。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述补贴管采用的铜基记忆合金按质量百分比计包括以下元素：3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膨胀组件(100)的个数＞1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连接管(200)的个数＞1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连接管(200)为无缝管。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连接管(200)的材料为低碳钢、奥氏体不锈钢或铝青铜中任意一种。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连接管(200)的壁厚为2.5～3.5mm。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐嘉辉，
申请(专利权)人：无锡源创机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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