一种油气开采暂堵工具用镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种油气开采暂堵工具用镁合金，主要包括：Gd占总质量的2％‑4％，Ni占总质量的0‑1％，Cu占总质量的0‑1％，Mn占总质量的0.05％‑0.1％，Al占总质量的0.05％‑0.1％，其余成分为Mg，总质量百分比之和为100％，能够通过改变镁合金的组织结构，实现改良镁合金的力学性能；本发明专利技术还公开了一种油气开采暂堵工具用镁合金的制备方法，能够简化镁合金的制备工艺，该合金满足实际工程领域的要求，形成可实际工业应用的铸造镁合金及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种油气开采暂堵工具用镁合金及其制备方法
本专利技术属于合金材料
，具体涉及一种油气开采暂堵工具用镁合金，还涉及该镁合金的制备方法。
技术介绍
镁合金在实际应用中有着独特的优势，如：比强度高、比弹性模量大、散热性好、对碱和有机物的有较强的耐腐蚀性。纯Mg是一种银白色的轻金属，但是其综合性能较差，在实际工程领域的应用价值并不是很高，因此将纯Mg进行合金化处理是一个可行的方案。目前使用的最为广泛的是镁铝合金，其次是镁-锰合金和镁-锌-锆合金。当前，在低渗透压油气田的开采过程中，为了提高油气田的产量与生产效率，井下暂堵工具的应用越来越广泛，譬如：可溶性压裂球。国际上一般采用尼龙等材料来生产压裂球，但是尼龙材料在使用过程中会发生变形，而卡在滑套中。另外，由于压裂球不溶解，需要进行反排操作，这样生产效率就会降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种油气开采暂堵工具用镁合金，能通过改变镁合金的组织结构，能增强镁合金的力学拉伸性能。本专利技术的另一目的是提供一种油气开采暂堵工具用镁合金的制备方法。本专利技术采用的技术方案为，一种油气开采暂堵工具用镁合金，按照质量百分比由原料组成：Gd2％-10％，Ni0％-5％，Cu0％-5％，Mn0.05％-0.1％，Al0.05％-0.1％，其余成分为Mg，以上原料质量总和为100％。本专利技术的另一技术方案为，一种油气开采暂堵工具用镁合金的制备方法，按照以下步骤实施：步骤1、对熔炼设备进行预处理，具体方法如下：在熔炼设备表面涂刷上一层氧化锌涂料，并对设备进行加热，加热温度为200℃，保温2h，覆盖剂加热至100℃保温1h，用于去除水分；步骤2、称取原材料纯镍0-5％，纯铜0-5％，Mg-Gd中间合金6.67％-33.3％，Mg-Al中间合金0.167％-0.33％，Mg-Mn中间合金0.167％-0.33％，对原材料进行干燥除湿处理；步骤3、将步骤2称取的原材料置于步骤1预处理的熔炼设备中，制备得到镁合金，具体按照以下步骤实施：步骤3.1、将步骤2称取的纯Mg加入到坩埚中，表面添加覆盖剂，将纯Mg覆盖，再将坩埚升温至720℃待纯Mg完全溶解，然后保温20min-25min，得到液态镁溶液；步骤3.2、将步骤2中称取的Mg-Gd中间合金、Mg-Al中间合金、Mg-Mn中间合金添加到经步骤3.1得到的液态镁溶液中，待Mg-Gd中间合金、Mg-Al中间合金、Mg-Mn中间合金完全溶解于液态镁溶液中后升温至750℃，然后保温10min-20min，得到中间产物；步骤3.3、将步骤2中称取的纯Ni和纯Cu添加到经步骤3.2得到的中间产物中，待纯Ni和纯Cu完全充分溶解于中间产物后，搅拌并扒掉表面熔渣，得到镁合金溶液；步骤3.4、将经步骤3.3得到的镁合金溶液降温至710-720℃，保温静置20-25min，浇铸到模具中，得到镁合金。本专利技术的特点还在于：在步骤2中：纯Mg、纯Cu、纯Ni的纯度不低于99.9％。Mg-Gd中间合金中Gd的质量分数为30％，Mg-Al中间合金中Al的质量分数为30％，Mg-Mn中间合金中Mn的质量分数为30％。在步骤2中，干燥除湿处理的过程具体如下：先将原材料加热至温度为200℃，再保温2h。在步骤3.1中：覆盖剂由以下原料混合组成：MgCl241-47％，KCl33-39％，BaCl24-10％，CaF21-7％，CaCl21-7％，NaCl1-7％，MgO1-7％，杂质1.5％，H2O0.5％，以上原料总质量为100％。本专利技术的有益效果是，在本专利技术的镁合金中，通过以中间合金的形式添加一定质量百分数的合金元素Gd，Gd具有较大的固溶度，添加后具有自身的固溶强化作用，能在一定程度上改善铸造性能，提高镁合金的室温和高温力学性能以及抗蠕变性能，用于在井下流体环境中又能够自行分解，无需进行反排操作，从而提高生产效率，提高油气田的产量；并在其中添加能够提高镁合金力学性能的Cu、Ni；本专利技术的镁合金制备方法，各原料组分配比合理，生产工艺简单，能够有效的提高镁合金的总体强度，改善其力学性能；本专利技术采用熔炼铸造的方法，通过调控合金的成分与制备工艺，能够获得新型镁合金，制备过程中以Mg-Gd中间合金添加Gd和部分Mg，要比单独添加要便宜，适用于工业化大规模生产，而且在熔炼过程中溶质元素分布更均匀，防止偏析，该合金满足实际工程领域的要求，形成可实际应用于油气开采暂堵工具的镁合金。附图说明图1是本专利技术的油气开采暂堵工具用镁合金的拉伸力学性能曲线图；图2是对比合金的拉伸力学性能曲线；图3是本专利技术的油气开采暂堵工具用镁合金的金相组织结构图；图4是对比合金的的金相组织结构图；图5是不同含量Ni添加的腐蚀速率图；图6是不同含量Ni添加的失重速率图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种油气开采暂堵工具用镁合金，按照质量百分比由原料组成：Gd2％-10％，Ni0％-5％，Cu0％-5％，Mn0.05％-0.1％，Al0.05％-0.1％，其余成分为Mg，以上原料质量总和为100％。上述油气开采暂堵工具用镁合金的制备方法，按照以下步骤实施：步骤1、对熔炼设备进行预处理，具体方法如下：在熔炼设备表面涂刷上一层氧化锌涂料，并对设备进行加热，加热温度为200℃，保温2h，覆盖剂加热至100℃保温1h，用于去除水分；步骤2、称取原材料，对原材料进行干燥除湿处理；原材料是指纯Mg、Mg-Gd中间合金、Mg-Al中间合金、Mg-Mn中间合金、纯Cu、纯Ni；其中，纯Mg、纯Cu、纯Ni的纯度不低于99.9％；Mg-Gd中间合金中Gd的质量分数为30％，Mg-Al中间合金中Al的质量分数为30％，Mg-Mn中间合金中Mn的质量分数为30％；干燥除湿处理指对原材料加热至温度为200℃，并保温2h。步骤3、将步骤2中称取的原材料置于步骤1预处理的熔炼设备中，经炼制得到油气开采暂堵工具用镁合金，具体按照以下步骤实施：步骤3.1、将步骤2中称取的纯Mg加入到坩埚中，表面添加覆盖剂，将纯Mg覆盖，将坩埚升温至720℃待纯Mg完全溶解，然后保温20min-25min，得到液态镁溶液；其中，覆盖剂由以下原料经混合后得到：MgCl241-47％，KCl33-39％，BaCl24-10％，CaF21-7％，CaCl21-7％，NaCl1-7％，MgO1-7％，杂质1.5％，H2O0.5％，以上原料总质量为100％。步骤3.2、将步骤2中称取的Mg-Gd中间合金、Mg-Al中间合金、Mg-Mn中间合金添加到经步骤3.1得到的液态镁溶液中，待Mg-Gd中间合金、Mg-Al中间合金、Mg-Mn中间合金完全溶解于液态镁溶液中后升温750℃，然后保温10min-20min，得到中间产物；步骤3.3、将步骤2中称取的纯Ni和纯Cu添加到经步骤3.2得到的中间产物中，待纯Ni和纯Cu完全充分溶解于中间产物后，搅拌并扒掉表面熔渣，得到镁合金溶液；步骤3.4、将经步骤3.3得到的镁合金溶液降温至720℃，保温静置20min，浇铸到模具之中，得到镁合金。实施例1一种油气开采暂堵工具用镁合金，按照质量百分比主要包括以下组分：Gd2％，Mn0.05％，Al0.05％，Mg97.9％。一种油气开采暂堵工具用镁合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油气开采暂堵工具用镁合金，其特征在于，按照质量百分比由原料组成：Gd 2％‑10％，Ni 0％‑5％，Cu 0％‑5％，Mn 0.05％‑0.1％，Al 0.05％‑0.1％，其余成分为Mg，以上原料质量总和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种油气开采暂堵工具用镁合金，其特征在于，按照质量百分比由原料组成：Gd2％-10％，Ni0％-5％，Cu0％-5％，Mn0.05％-0.1％，Al0.05％-0.1％，其余成分为Mg，以上原料质量总和为100％。2.一种如权利要求1所述的油气开采暂堵工具用镁合金的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、对熔炼设备进行预处理，具体方法如下：在熔炼设备表面涂刷上一层氧化锌涂料，并对设备进行加热，加热温度为200℃，保温2h，覆盖剂加热至100℃保温1h，用于去除水分；步骤2、分别称取如下原材料：纯镍0-5％，纯铜0-5％，Mg-Gd中间合金6.67％-33.3％，Mg-Al中间合金0.167％-0.33％，Mg-Mn中间合金0.167％-0.33％，对原材料进行干燥除湿处理；步骤3、将步骤2中称取的原材料置于步骤1预处理的熔炼设备中，经炼制得到油气开采暂堵工具用镁合金，具体按照以下步骤实施：步骤3.1、将步骤2称取的纯Mg加入到坩埚中，表面添加覆盖剂，将纯Mg覆盖，再将坩埚升温至720℃待纯Mg完全溶解，然后保温20min-25min，得到液态镁溶液；步骤3.2、将步骤2中称取的Mg-Gd中间合金、Mg-Al中间合金、Mg-Mn中间合金添加到经步骤3.1得到的液态镁溶液中，待Mg-...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩振华，孙劲松，王学娟，张凯，梁山，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61