【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及镁合金材料，特别涉及一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法。
技术介绍
1、页岩气是一种更清洁、环保的非常规天然气，并逐步成为我国天然气产量的主要增长点。页岩气水平井分段压裂技术是页岩气高效开发的关键技术，其主要原理是在高于目标地层压力的压力下注入流体，使得生产区内形成更多的裂缝，从而达到提高油气产量和采油率的目的。而在分段压裂时，层段间需要使用暂堵工具进行封隔，用以保证施工管柱内的压力不丢失。待压裂作业完成后，这些工具需要收回以便于后期作业顺利进行。传统的封堵工具通常使用钢、铸铁、复合材料等制成，压裂施工完成后，需要使用钻铣方式将这些工具清除，增加了作业周期和成本，也容易出现卡钻卡磨、堵塞孔道的问题。而镁合金因具有密度低、比强度高、标准电极电位低、铸造及加工性能良好等优点，是制造分段压裂层段间暂堵工具的理想材料。
2、目前，国内外均开展了相关镁合金暂堵工具的技术攻关。但是由于我国地域辽阔，油井分布广、井下环境差异大，水温在50～120℃及氯离子浓度在3000～30000ppm范围变化，对暂堵工具要求各异，目前研究的国内外可溶桥塞在实际井下压裂施工后15天后都未完全溶解，不能很好地匹配我国井下环境。因此为满足压裂开采暂堵工具的应用需要，可溶镁合金的溶解性能和力学性能仍有待提高。
技术实现思路
1、鉴于上述情况，本专利技术旨在提供一种低成本高强度可溶镁合金及其制备方法，用于解决现有镁合金用作暂堵工具强度低，溶解性差的问题。
2、本专利技术的目的主
3、本专利技术提供了一种低成本高强度可溶镁合金，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7％～9％、ca:0～1％、in:0～0.5％、cu:0.1％～1％、ni:0.1％～1％、x:0～1％，x为fecl3、c和zr中的一种或多种，余量为mg及不可避免的杂质。
4、进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7.3％～9％、ca:0.2％～0.9％、cu:0.1％～0.95％、ni:0.15％～0.85％。
5、进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7.3％～9％、ca:0.2％～0.9％、cu:0.1％～0.95％、ni:0.15％～0.85％、in:0.1％～0.5％。
6、进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7.3％～9％、ca:0.2％～0.9％、cu:0.1％～0.95％、ni:0.15％～0.85％、x:0.1％～1％。
7、进一步的，低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7.3％～9％、ca:0.2％～0.9％、cu:0.1％～0.95％、ni:0.15％～0.85％、in:0.1％～0.5％、x:0.1％～1％。
8、进一步的，低成本高强度可溶镁合金的微观组织包括α-mg基体，以及mg17al12、mgalcu和mgalni析出相。
9、本专利技术还提供了一种上述低成本高强度可溶镁合金的制备方法，包括以下步骤:
10、步骤1、原材料处理：按质量百分比称取所需原料，并将原料进行预处理；
11、步骤2、熔炼：将坩埚升温至680～780℃，先将纯镁放入坩埚，熔炼过程使用sf6和co2的混合气体保护熔体，待纯镁全部熔化后，依次加入剩余原料，待全部熔化后搅拌、然后静置得到镁合金熔体；
12、步骤3、铸造：在680℃～740℃将镁合金熔体引入结晶器，进行连续铸造；
13、步骤4、双级均匀化处理；
14、步骤5、对均匀化处理后的铸坯进行热挤压；
15、步骤6、对挤压后的可溶镁合金棒料进行固溶时效处理。
16、进一步的，步骤2中，升温速率为15～25℃/min。
17、进一步的，步骤4中，双级均匀化处理的步骤包括：
18、s401、于280～350℃保温3～5h；
19、s402、继续升温至380～420℃保温15～30h。
20、进一步的，步骤5中，热挤压时的挤压速度为0.1～2m/min，挤压温度为250～400℃，挤压比在16～28：1。
21、与现有技术相比，本专利技术至少能够实现以下有益效果之一：
22、a)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金通过引入高电位的铜、镍元素，在镁合金中析出mg2cu、mg2ni、mgalcu、mgalni等高电位析出相，从而显著提高镁合金的溶解速率；并且可以析出大量的mg17al12相，不仅可以提高可溶镁合金的力学性能，同时也能改变合金的溶解速率；保证本专利技术的低成本高强度可溶镁合金具有较高的强度和较高的溶解速率。
23、b)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金通过添加部分ca元素，一方面提高mg17al12相的热稳定性，改善可溶镁合金的高温力学性能，另一方面将ca元素易固溶在mg17al12相，可以提高基体与mg17al12相之间的电位差，从而提高镁合金的溶解速率。
24、c)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金添加了少量的in元素，其对镁合金的腐蚀具有活化作用，能够破坏镁合金腐蚀时形成的表面氧化膜，从而提高镁合金的溶解速率。
25、d)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金在熔炼时可以添加fecl3粉末作为晶粒细化剂，不仅可以通过细化晶粒提高镁合金的力学性能，同时还能在镁合金基体中添加高电位的fe元素，提高镁合金的溶解速率。
26、e)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金的制备方法中通过熔炼、铸造、双级均匀化处理、挤压及固溶时效处理的工艺步骤和参数控制，可以控制这些高电位析出相的数量、尺寸、形貌和分布特征，从而控制可溶镁合金的溶解速率。
27、f)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金的制备方法中为了保证ni、cu等高熔点元素在熔体中的均匀分布，在结晶器位置添加电磁搅拌，使得可溶镁合金连铸坯中ni、cu的偏析减小，从而减少可溶镁合金的性能波动。
28、g)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金的抗拉强度为350mpa以上(355～430mpa)、屈服强度为220mpa以上(228～330mpa)，延伸率为5％以上，例如(5.4～9％)，在93℃、3％kcl溶液中的腐蚀速率为30mg/cm2*h以上，例如(32～120mg/cm2*h)。
29、h)本专利技术的低成本高强度可溶镁合金的强度高、溶解速度快，制备方法简单，添加的ni、cu等金属元素含量较少，制备成本不高，并且通过成分设计与制备方法的工艺控制相结合可适应压裂开采暂堵工具所需的不同井下工作环境，适用于加工制备页岩气开采压裂过程中使用的暂堵工具，如可溶桥塞、可溶压裂球等。
30、本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7％～9％、Ca:0～1％、In:0～0.5％、Cu:0.1％～1％、Ni:0.1％～1％、X:0～1％，X为FeCl3、C和Zr中的一种或多种，余量为Mg及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％。
3.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％。
4.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85
5.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：Al:7.3％～9％、Ca:0.2％～0.9％、Cu:0.1％～0.95％、Ni:0.15％～0.85％、In:0.1％～0.5％、X:0.1％～1％。
6.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的微观组织包括α-Mg基体，以及Mg17Al12、MgAlCu和MgAlNi析出相。
7.一种权利要求1至6任一项所述的低成本高强度可溶镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，升温速率为15～25℃/min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，双级均匀化处理的步骤包括：
10.根据权利要求7至9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，热挤压时的挤压速度为0.1～2m/min，挤压温度为250～400℃，挤压比在16～28：1。
...【技术特征摘要】
1.一种低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7％～9％、ca:0～1％、in:0～0.5％、cu:0.1％～1％、ni:0.1％～1％、x:0～1％，x为fecl3、c和zr中的一种或多种，余量为mg及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7.3％～9％、ca:0.2％～0.9％、cu:0.1％～0.95％、ni:0.15％～0.85％。
3.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7.3％～9％、ca:0.2％～0.9％、cu:0.1％～0.95％、ni:0.15％～0.85％、in:0.1％～0.5％。
4.根据权利要求1所述的低成本高强度可溶镁合金，其特征在于，所述低成本高强度可溶镁合金的组分以质量百分比计包括：al:7.3％～9％、ca:0.2％～0.9％、cu:0.1％～0.95％、ni:0.15％～0...
【专利技术属性】
技术研发人员：周晓舟，孟利，张宁，杨勇，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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