CN116043086B - 可溶镁合金及其制备方法与应用、压裂制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可溶镁合金及其制备方法与应用、压裂制品,按照质量百分数计,所述可溶镁合金由以下组分组成:8%~12%Gd、2.4%~3.5%Y、0.08%~1%Zr、0.2%~4.5%Ni、0.3%~2.5%掺杂元素、0.01%~0.05%Fe、0.01%~0.055%Cu及余量Mg;其中,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少一种。该可溶镁合金具有优异的可溶性,在KCl等电解液中溶解速度快,即使是在热处理后,镁合金也还能保持高压缩强度和快速溶解速率,用于制备压裂制品用于开采油气时,有利于提高开采效率。
Description
技术领域
本发明涉及合金制备技术领域,特别是涉及一种可溶镁合金及其制备方法与应用、压裂制品。
背景技术
近年来,随着经济增速换档,常规油气资源的快速消耗及开发难度的增加,非常规油气资源的勘探开发呈现快速上升的趋势,能源结构进入油气替代煤炭、非化石能源替代化石能源的更替期,在能源结构转型及能源安全背景下,增加天然气自给率愈发重要。而我国拥有丰富的页岩气资源,广泛分布于盆地中,因此,页岩气的开发与使用对能源结构调整和能源安全有重要意义。
页岩气的开采常用的技术为水平井分段压裂,压裂是常采用投球多级压裂滑套装备,其原理是根据地质和工艺要求采用封隔器把气井裸眼段分为若干段,在需要改造的位置设置投球滑套,在压裂施工时向井中投入压裂球,打压投球滑套使之下行,以打通管柱和地层间的连接通道,实现对应产层的分级压裂。因此,投球压裂技术的关键在于压裂球能否对井眼实现有效的封堵,而压裂球的压缩强度决定了压裂作业的成功与否;同时,压裂施工完成后,传统的工序是将压裂球返排至地面,但有时存在由于地层压力不足或压裂球变形等导致的压裂球卡死在通道内的情况,此时需要下钻磨铣压裂球和球座并反排,反排产物需要通过人工清除,耗时长,成本高,返排产物易堵塞,增加了压裂作业的难度和成本,延误作业时间,因此,使压裂球具备可溶解性是成为解决这个问题的有效方法之一。由此,压裂球需同时具备两方面功能:一是在地层电解质液体中可自行溶解,二是具有足够高的力学性能,尤其是压缩性能。
镁合金由于具有密度小、比强度和比刚度高、易腐蚀的特性,是制备压裂工具的理想材料。然而,传统镁合金的制备方法,在提高力学性能的同时会降低其可溶性,难以满足油气开采中所需高压缩强度、快溶解速度的要求。因此,现有技术仍有待改进。
发明内容
基于此,本发明提供了一种兼具优异的力学性能及快速溶解的可溶镁合金及其制备方法与应用、压裂制品。
本发明的一个方面,提供一种可溶镁合金,按照质量百分数计,所述可溶镁合金由以下组分组成:8%~12% Gd、2.4%~3.5% Y、0.08%~1% Zr、0.2%~4.5%Ni、0.3%~2.5%掺杂元素、0.01%~0.05% Fe、0.01%~0.055% Cu及余量Mg;
其中,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少一种。
上述可溶镁合金中含有特定配比的组分,其中,加入固溶度低的掺杂元素、与其他特定组分通过特定的配比关系协同作用,使镁合金具有优异的力学性能,尤其是优异的压缩强度的同时,还能具有优异的可溶性,在KCl等电解液中溶解速度快,即使是在热处理后,镁合金也还能保持高压缩强度和快速溶解速率,用于制备压裂制品用于开采油气时,有利于提高开采效率。
Gd、Y、Zr、Ni、Fe、Cu、Mg、La、Ce、Eu和Yb在元素周期表中的中文译名分别为:钆、钇、锆、镍、铁、铜、镁、镧、铈、铕、镱。
在其中一些实施例中,所述可溶镁合金的组分满足如下(1)~(5)中的至少一个条件:
(1)所述Gd的质量百分数为9%~12%;
(2)所述Y的质量百分数为2.8%~3.5%;
(3)所述Ni的质量百分数为2%~4.5%;
(4)所述Zr的质量百分数为0.08%~0.2%;
(5)所述掺杂元素的质量百分数为0.8%~2%;
可选地,所述掺杂元素的质量百分数为0.8%~1%。
进一步调控各组分的配比,以进一步提高镁合金的力学性能及可溶性。
在其中一些实施例中,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少两种;
可选地,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少三种;
可选地,所述掺杂元素包括La、Ce和Yb中的至少一种以及Eu。
进一步调控掺杂元素的种类组成,以进一步提高镁合金的力学性能及可溶性。
本发明的另一方面,提供一种可溶镁合金的制备方法,包括如下步骤:
按照上述可溶镁合金的化学计量比提供制备原料,并制成镁合金熔体;
将所述镁合金熔体加热升温进行精炼处理,然后降温进行静置处理,制备铸态镁合金;
将所述铸态镁合金依次进行退火处理及时效处理,冷却得到可溶镁合金。
上述可溶镁合金的制备方法中,按照符合上述可溶镁合金的化学计量比的制备原料制成镁合金熔体之后,加热升温进行精炼处理,然后降温进行静置处理,而后依次进行退火处理及时效处理,使掺杂元素与其他特定组分通过特定的配比关系协同作用,使镁合金具有优异的力学性能,尤其是优异的压缩强度的同时,还能具有优异的可溶性,在KCl等电解液中溶解速度快,即使是在热处理后,镁合金也还能保持高压缩强度和快速溶解速率,用于制备压裂制品用于开采油气时,有利于提高开采效率。
在其中一些实施例中,所述可溶镁合金的制备方法满足如下(6)~(7)中至少一个条件:
(6)所述退火处理的温度为360℃~500℃、时间为10h-24h;
(7)所述时效处理的温度为150℃~250℃、时间为12h~24h。
调节退火处理和时效处理的温度,使其在低温下进行较长时间的退火、时效处理,以进一步提高可溶镁合金的力学性能和可溶性。
在其中一些实施例中,所述可溶镁合金的制备方法满足如下(8)~(9)中至少一个条件:
(8)所述加热升温的步骤中,将所述镁合金熔体加热升温至750℃~775℃;
(9)所述降温的步骤中,降温至710℃~740℃。
在其中一些实施例中,所述可溶镁合金的制备方法满足如下(10)~(11)中至少一个条件:
(10)所述精炼处理的时间为3min~7min;
(11)所述静置处理的时间为5min~15min。
在其中一些实施例中,在所述精炼处理的步骤之后,且在所述静置处理的步骤之前,还包括如下步骤:
对经所述精炼处理后的镁合金熔体进行除气、撇浮。
除气可以去除精炼过程中产生的废气,且使杂质漂浮在熔体表面,撇浮除去熔体表面的浮渣,以提高镁合金的纯度,避免杂质对镁合金产生不良作用。
本发明的又一方面,还提供上述可溶镁合金或如上述的可溶镁合金的制备方法制得的可溶镁合金在制备压裂制品中的应用。
本发明的又一方面,还提供一种压裂制品,所述压裂制品包括上述可溶镁合金或上述可溶镁合金的制备方法的制得的可溶镁合金。
附图说明
图1为实施例2制得的可溶镁合金的金相组织图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将对本发明进行更全面的描述。具体实施例中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
术语
除非另外说明或存在矛盾之处,本文中使用的术语或短语具有以下含义:
本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的选择范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目,也包括相关所列项目的任意的和所有的组合,所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。需要说明的是,当用至少两个选自“和/或”、“或/和”、“及/或”的连词组合连接至少三个项目时,应当理解,在本申请中,该技术方案毫无疑问地包括均用“逻辑与”连接的技术方案,还毫无疑问地包括均用“逻辑或”连接的技术方案。比如,“A及/或B”包括A、B和A和B的组合三种并列方案。又比如,“A,及/或,B,及/或,C,及/或,D”的技术方案,包括A、B、C、D中任一项(也即均用“逻辑或”连接的技术方案),也包括A、B、C、D的任意的和所有的组合,也即包括A、B、C、D中任两项或任三项的组合,还包括A、B、C、D的四项组合(也即均用“逻辑与”连接的技术方案)。
在本申请中,当用至少两个选自“和/或”、“或/和”、“及/或”的连词组合连接至少三个特征时,相当于“具备一个或多个特征”的表述方式,比如,“TA,及/或,TB,及/或,TC,及/或,TD”相当于“具备如下的一个或多个特征:TA、TB、TC和TD”。
本发明中涉及“多个”、“多种”、“多次”等,如无特别限定,指在数量上大于2或等于2。例如,“一种或多种”表示一种或大于等于两种。
本文中所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。
本文中,“合适的组合方式”、“合适的方式”、“任意合适方式”等中所述“合适”,以能够实施本发明的技术方案、解决本发明的技术问题、实现本发明预期的技术效果为准。
本文中,“优选”、“更好”、“更佳”、“为宜”仅为描述效果更好的实施方式或实施例,应当理解,并不构成对本发明保护范围的限制。如果一个技术方案中出现多处“优选”,如无特别说明,且无矛盾之处或相互制约关系,则每项“优选”各自独立。
本发明中,“进一步”、“更进一步”、“特别”等用于描述目的,表示内容上的差异,但并不应理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中,“可选地”、“可选的”、“可选”,指可有可无,也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”,如无特别说明,且无矛盾之处或相互制约关系,则每项“可选”各自独立。
本发明中,“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”等中,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的,不能理解为指示或暗示相对重要性或数量,也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅起到非穷举式的列举描述目的,应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本发明中,以开放式描述的技术特征中,包括所列举特征组成的封闭式技术方案,也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中,涉及到数值区间(也即数值范围),如无特别说明,该数值区间内可选的数值的分布视为连续,且包括该数值区间的两个数值端点(即最小值及最大值),以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明,当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时,包括该数值范围的两个端点整数,以及两个端点之间的每一个整数,相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时,可以合并这些数值范围。换言之,除非另有指明,否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值,比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间、比例区间、比值区间等数值区间类型。
本发明中的温度参数,如无特别限定,既允许为恒温处理,也允许在一定温度区间内存在变动。应当理解的是,所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。允许在如±5℃、±4℃、±3℃、±2℃、±1℃的范围内波动。
本发明中,术语“室温”或“常温”一般指4℃~35℃,例如20℃±5℃。在本发明的一些实施例中,“室温”或“常温”是指10℃~30℃。在本发明的一些实施例中,“室温”或“常温”是指20℃~30℃。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的质量或重量不仅仅可以指代各组分的具体含量,也可以表示各组分间质量或重量的比例关系,因此,只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地,本发明实施例说明书中所述的质量或重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的单位。
本发明一实施方式提供了一种可溶镁合金,按照质量百分数计,可溶镁合金由以下组分组成:8%~12% Gd、2.4%~3.5% Y、0.08%~1% Zr、0.2%~4.5% Ni、0.3%~2.5%掺杂元素、0.01%~0.05% Fe、0.01%~0.055% Cu及余量Mg;
其中,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少一种。
上述可溶镁合金中含有特定配比的组分,其中,加入固溶度低的掺杂元素、与其他特定组分通过特定的配比关系协同作用,使镁合金具有优异的力学性能,尤其是优异的压缩强度的同时,还能具有优异的可溶性,在KCl等电解液中溶解速度快,即使是在热处理后,镁合金也还能保持高压缩强度和快速溶解速率,用于制备压裂制品用于开采油气时,有利于提高开采效率。
在其中一些实施例中,Gd的质量百分数为9%~12%。
可选地,Gd的质量百分数为9%~10%;
在其中一些实施例中,Y的质量百分数为2.8%~3.5%;
可选地,Y的质量百分数为2.8%~3%;
在其中一些实施例中,Ni的质量百分数为2%~4.5%;
在其中一些实施例中,Zr的质量百分数为0.08%~0.2%;
在其中一些实施例中,掺杂元素的质量百分数为0.8%~2%;
可选地,掺杂元素的质量百分数为0.8%~1%。
进一步调控各组分的配比,以进一步提高镁合金的力学性能及可溶性。
上述Gd的质量百分数为“8%~12%”,则Gd的质量百分数取值包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值,具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值:8%、8.1%、8.2%、8.3%、8.4%、8.5%、8.6%、8.7%、8.8%、8.9%、9%、9.1%、9.2%、9.3%、9.4%、9.5%、9.6%、9.7%、9.8%、9.9%、10%、10.1%、10.2%、10.3%、10.4%、10.5%、10.6%、10.7%、10.8%、10.9%、11%、11.1%、11.2%、11.3%、11.4%、11.5%、11.6%、11.7%、11.8%、11.9%、12%;或任意两个数值组成的范围。
上述Y的质量百分数为“2.4%~3.5%”,则Y的质量百分数取值包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值,具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值:2.4%、2.5%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%、3.1%、3.2%、3.3%、3.4%、3.5%,或任意两个数值组成的范围。
上述Zr的质量百分数为“0.08%~1%”,则Zr的质量百分数取值包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值,具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值:0.08%、0.09%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.6%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%、0.95%、1%;或任意两个数值组成的范围。
上述Ni的质量百分数为“0.2%~4.5%,则Ni的质量百分数取值包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值,具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值:0.2%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.6%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%、0.95%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%、2.1%、2.2%、2.3%、2.4%、2.5%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%、3%、3.1%、3.2%、3.3%、3.4%、3.5%、3.6%、3.7%、3.8%、3.9%、4.1%、4.2%、4.3%、4.4%、4.5%;或任意两个数值组成的范围。
上述掺杂元素的质量百分数为“0.3%~2.5%”,则掺杂元素的质量百分数取值包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值,具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值:0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.6%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%、0.95%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%、2.1%、2.2%、2.3%、2.4%、2.5%;或任意两个数值组成的范围。
上述Fe的质量百分数为“0.025%~0.05%”,则Fe的质量百分数取值包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值,具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值:0.025%、0.03%、0.04%、0.05%;或任意两个数值组成的范围。
上述Cu的质量百分数为“0.01%~0.055%”,则Cu的质量百分数取值包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值,具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值:0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.055%;或任意两个数值组成的范围。
在其中一些实施例中,掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少两种。非限制性实例包括但不限于:La和Yb、Ce和Yb、Eu和Yb、La和Eu。
可选地,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少三种;非限制性实例包括但不限于:La、Eu和Yb的混合。
可选地,掺杂元素包括La、Ce和Yb中的至少一种以及Eu。
进一步调控掺杂元素的种类组成,以进一步提高镁合金的力学性能及可溶性。
本发明的另一方面,提供一种可溶镁合金的制备方法,包括如下步骤S10~S30。
S10、按照上述可溶镁合金的化学计量比提供制备原料,并制成镁合金熔体。
在其中一些实施例中,制成镁合金熔体步骤如下:
加热使制备原料熔融。
在其中一些实施例中,熔炼在保护性气体氛围下进行;可选地,保护性气体包括SF6和CO2。
S20、将镁合金熔体加热升温进行精炼处理,然后降温进行静置处理,制备铸态镁合金。
在其中一些实施例中,S20加热升温的步骤中,将镁合金熔体加热升温至750℃~775℃。
可理解,加热升温至750℃~775℃后保温进行精炼处理,换言之,精炼处理的温度为750℃~775℃。
在其中一些实施例中,精炼处理的时间为3min~7min。
在其中一些实施例中,精炼处理在精炼剂的作用下进行,精炼剂质量为制备原料质量的0.8wt%~4.0wt%。
精炼剂可采用本领域常用的精炼剂,包括但不限于:JDMJ、RJ5、RJ6和Dow230中的至少一种。
进一步地,在精炼处理之前,将精炼剂进行干燥预处理,具体包括:在60℃~100℃下干燥8h~14h,除去精炼剂中的水分。
在其中一些实施例中,重复进行多次精炼,每次精炼的时间为3min~7min。在一具体示例中,重复进行2次或3次精炼处理。
在其中一些实施例中,S20降温的步骤中,降温至710℃~740℃。
可理解,降温至710℃~740℃后保温进行静置处理,换言之,静置处理的温度为710℃~740℃。
在其中一些实施例中,静置处理的时间为5min~15min。
在其中一些实施例中,在精炼处理的步骤之后,且在静置处理的步骤之前,还包括如下步骤:
对经精炼处理后的镁合金熔体进行除气、撇浮。
除气可以去除精炼过程中产生的废气,且使杂质漂浮在熔体表面,撇浮除去熔体表面的浮渣,以提高镁合金的纯度,避免杂质对镁合金产生不良作用。
在其中一些实施例中,当重复进行多次精炼时,在每次精炼完毕后进行除气处理,每次除气时间为3min~10min;可选地,采用高纯氩气(≥99.999%)和N2进行除气,随后撇去表面浮渣。
进一步地,除气时,每公斤镁合金熔体的气体通入量为6L~25L。
在其中一些实施例中,S20制备铸态镁合金的步骤具体采用浇铸;可选地,模具使用铸铁模具、不锈钢模、铜模、水冷铜模浇铸中的任意一种,浇铸完毕后使用风机加速冷却或室温空气冷却即可获得铸态镁合金。
S30、将铸态镁合金依次进行退火处理及时效处理,冷却得到可溶镁合金。
在其中一些实施例中,S30退火处理的温度为360℃~515℃。
在其中一些优选的实施例中,S30退火处理的温度为360℃~500℃、时间为10h-24h。
在其中一些实施例中,S30时效处理的温度为150℃~250℃、时间为12h~24h。
调节退火处理和时效处理的温度,使其在较低温下进行较长时间的退火、时效处理,以进一步提高可溶镁合金的力学性能和可溶性。
在其中一些实施例中,冷却方式包括:0℃~100℃水冷、空冷、风机冷却、炉冷、100℃~200℃油冷中的任意一种方式。
在其中一些实施例中,在退火处理之后、且在时效处理之前,还包括将经退火处理的产品进行冷却的步骤;可选地,冷却方式包括:0℃~100℃水冷、空冷、风机冷却、炉冷、100℃~200℃油冷中的任意一种方式。
上述可溶镁合金的制备方法中,按照符合上述可溶镁合金的化学计量比的制备原料制成镁合金熔体之后,加热升温进行精炼处理,然后降温进行静置处理,而后依次进行退火处理及时效处理,使掺杂元素与其他特定组分通过特定的配比关系协同作用,使镁合金具有优异的力学性能,尤其是优异的压缩强度的同时,还能具有优异的可溶性,在KCl等电解液中溶解速度快,即使是在热处理后,镁合金也还能保持高压缩强度和快速溶解速率,用于制备压裂制品用于开采油气时,压裂施工完成后,可直接采用电解质溶液将其溶解反排出来,溶解后呈中性,返排过程中对环境无污染,无需二次处理,有利于提高开采效率。
在其中一些实施例中,制备原料可以根据镁合金的组成进行调整配料,制备原料中各元素的配比满足可溶镁合金的组成即可,对具体种类没有特别要求。
本发明一实施方式还提供上述可溶镁合金或如上述的可溶镁合金的制备方法制得的可溶镁合金在制备压裂制品中的应用。
本发明的又一实施方式,还提供一种压裂制品,压裂制品包括上述可溶镁合金或上述可溶镁合金的制备方法的制得的可溶镁合金。
镁合金具有优异的力学性能,尤其是优异的压缩强度的同时,还能具有优异的可溶性,在KCl等电解液中溶解速度快,即使是在热处理后,镁合金也还能保持高压缩强度和快速溶解速率,用于制备压裂制品用于开采油气时,压裂施工完成后,可直接采用电解质溶液将其溶解反排出来,溶解后呈中性,返排过程中对环境无污染,无需二次处理,有利于提高开采效率。
压裂制品的具体形态可根据具体的应用场景调节,包括但不限于如下范围:压裂球。
下面将结合具体的实施例对本发明进行了说明,但本发明并不局限于下述实施例,应当理解,所附权利要求概括了本发明的范围,在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到,对本发明的各实施例所进行的一定的改变,都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。
具体实施例以下为具体实施例。
实施例1
(1)合金成分为Mg-12Gd-3.5Y-3.8Ni-1.0Zr-0.05La-1.2Eu-0.5Yb-0.01Fe-0.025Cu,各元素质量百分占比请见表1。
(2)将原料熔化,使用SF6+CO2混合气体保护熔体,加热升温至760℃,加入精炼剂JDMJ精炼剂进行精炼4min、然后除气,重复进行两次;其中精炼剂于60℃干燥12h,除去精炼剂中的水分,加入精炼剂的质量为原料质量的0.25%,除气步骤使用干燥的高纯氩气除气5min,每公斤熔体的通入6L气体,除去净化后熔体表面浮渣;然后将完成精炼的熔体降温至720℃,静置5min,随后浇铸至铸铁模具,室温冷却,得到铸态镁合金。
(3)将铸态镁合金于500℃退火12h,室温水冷,随后200℃时效处理12h,室温水冷,得到热处理后的镁合金。
(4)分别对步骤(2)获得的铸态镁合金及步骤(3)获得的热处理后的镁合金的力学性能和可溶性进行测试;
其中,参照标准GB/T 7314-2017金属材料室温压缩试验方法对压缩强度、压缩屈服强进行测试,参照标准GB/T 228.1-2021金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法对拉伸强度、拉伸屈服强度及断后延伸率进行测试,具体结果如表2所示。
可溶性测试:于3wt%KCl溶液、93℃下测试溶解速率,具体请参考GB/T19746-2018金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验和GB/T16545-2015金属和合金的腐蚀试样上腐蚀产物的清除。
实施例2
(1):合金成分为Mg-10.37Gd-3.1Y-2.7Ni-0.5Zr-0.05La-0.4Yb-0.05Fe-0.035Cu,各元素质量百分占比请见表1。
(2):与实施例1步骤(2)基本相同,不同之处仅在于:每公斤熔体的通入8L气体,除去净化后熔体表面浮渣;然后将完成精炼的熔体降温至725℃。
(3)将铸态镁合金于380℃退火20h,100℃油冷,随后150℃时效处理15h,风机冷却,得到热处理后的镁合金。
(4):与实施例1步骤(4)相同。具体结果请见表2。
实施例2获得的镁合金的金相组织图如图1所示。
实施例3
(1)合金成分为Mg-10.39Gd-3.03Y-0.25Ni-0.35Zr-0.75Ce-0.6Yb-0.03Fe-0.045Cu,各元素质量百分占比请见表1。
(2):与实施例1步骤(2)基本相同,不同之处仅在于:使用SF6+CO2混合气体保护熔体,加热升温至770℃;
每公斤熔体的通入10L气体,除去净化后熔体表面浮渣;然后将完成精炼的熔体降温至730℃。
(3)将铸态镁合金于420℃退火20h,水冷,随后180℃时效处理14h,150℃油冷,得到热处理后的镁合金。
(4):与实施例1步骤(4)相同。具体结果请见表2。
实施例4
(1)合金成分为Mg-10.5Gd-3.1Y-0.28Ni-0.40Zr-0.3Eu-0.5Yb-0.05Fe-0.035Cu,各元素质量百分占比请见表1。
(2):与实施例1步骤(2)基本相同,不同之处仅在于:使用SF6+CO2混合气体保护熔体,加热升温至75℃;
每公斤熔体的通入15L气体,除去净化后熔体表面浮渣;然后将完成精炼的熔体降温至710℃。
(3)将铸态镁合金于460℃退火12h,水冷,随后230℃时效处理12h,空冷,得到热处理后的镁合金。
(4):与实施例1步骤(4)相同。具体结果请见表2。
实施例5
(1)合金成分为Mg-9.1Gd-2.8Y-2.11Ni-0.08Zr-0.5La-0.5Eu-0.05Fe-0.035Cu,各元素质量百分占比请见表1。
(2):与实施例1步骤(2)基本相同,不同之处仅在于:
使用SF6+CO2混合气体保护熔体,加热升温至770℃;
每公斤熔体的通入18L气体,除去净化后熔体表面浮渣;然后将完成精炼的熔体降温至720℃。
(3)将铸态镁合金于480℃退火20h,水冷,随后250℃时效处理12h,风机冷却,得到热处理后的镁合金。
(4):与实施例1步骤(4)相同。具体结果请见表2。
实施例6
(1)合金成分为Mg-9.4Gd-2.9Y-4.18Ni-0.11Zr-0.3Eu-0.5Yb-0.01Fe-0.025Cu,各元素质量百分占比请见表1。
(2):与实施例1步骤(2)基本相同,不同之处仅在于:使用SF6+CO2混合气体保护熔体,加热升温至770℃;
每公斤熔体的通入25L气体,除去净化后熔体表面浮渣;然后将完成精炼的熔体降温至720℃。
(3)将铸态镁合金于380℃退火20h,10℃水冷,随后150℃时效处理12h,10℃水冷,得到热处理后的镁合金。
(4):与实施例1步骤(4)相同。具体结果请见表2。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同,不同之处仅在于:步骤(3)中退火温度为515℃。
其他步骤及工艺条件与实施例1相同,具体请见表1。
对比例1
(1)合金成分为Mg-9.8Gd-2.8Y-0.5Zr,各元素质量百分占比请见表1。
(2):与实施例1步骤(2)基本相同,不同之处仅在于:使用SF6+CO2混合气体保护熔体,加热升温至780℃;
每公斤熔体的通入15L气体,除去净化后熔体表面浮渣;然后将完成精炼的熔体降温至720℃。
(3)将铸态镁合金于515℃退火12h,水冷,随后200℃时效处理12h,水冷,得到热处理后的镁合金。
(4):与实施例1步骤(4)相同。具体结果请见表2。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同,不同之处仅在于:对比例2按照:合金成分为Mg-12Gd-3.5Y-3.8Ni-0.05La-1.2Eu-0.5Yb-0.01Fe-0.025Cu。
其他步骤及条件与实施例1相同,具体请见表1。
对比例3
对比例3与实施例1相同,不同之处仅在于:对比例3按照:合金成分为Mg-14Gd-4.2Y-0.1Ni-1.1Zr-0.05La-1Eu-1.6Yb。
其他步骤及条件与实施例1相同,具体请见表1。
对比例4
对比例4与实施例1相同,不同之处仅在于:对比例4按照:合金成分为Mg-13Gd-3.7Y-4.7Ni-0.05Zr-0.5La-0.5Ce-1.2Eu-0.5Yb-0.1Fe-0.1Cu。
其他步骤及条件与实施例1相同,具体请见表1。
实施例1~7及对比例1~4获得的镁合金的组成成分如表1所示。
表1
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注:“/”代表不存在该物质。
实施例1~7及对比例1~4获得的镁合金的性能结果具体如表2所示。
表2
注:实施例7中“-”代表没有测试中间过程的铸态镁合金的性能,直接测试最终热处理后的镁合金的性能数据。
由表2数据可知:本申请的可溶镁合金具有优异的可溶性,在KCl等电解液中溶解速度快,即使是在热处理后,镁合金也还能保持高压缩强度和快速溶解速率,用于制备压裂制品用于开采油气时,有利于提高开采效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种可溶镁合金,其特征在于,按照质量百分数计,所述可溶镁合金由以下组分组成:8%~12%Gd、2.4%~3.5%Y、0.08%~1%Zr、0.2%~4.5%Ni、0.3%~2.5%掺杂元素、0.01%~0.05%Fe、0.01%~0.055%Cu及余量Mg;
其中,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少一种。
2.如权利要求1所述的可溶镁合金,其特征在于,所述可溶镁合金的组分满足如下(1)~(5)中的至少一个条件:
(1)所述Gd的质量百分数为9%~12%;
(2)所述Y的质量百分数为2.8%~3.5%;
(3)所述Ni的质量百分数为2%~4.5%;
(4)所述Zr的质量百分数为0.08%~0.2%;
(5)所述掺杂元素的质量百分数为0.8%~2%。
3.如权利要求1~2任一项所述的可溶镁合金,其特征在于,所述掺杂元素选自La、Ce、Eu和Yb中的至少两种。
4.一种可溶镁合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
按照权利要求1~3任一项所述的可溶镁合金的化学计量比提供制备原料,并制成镁合金熔体;
将所述镁合金熔体加热升温进行精炼处理,然后降温进行静置处理,制备铸态镁合金;
将所述铸态镁合金依次进行退火处理及时效处理,冷却得到可溶镁合金。
5.如权利要求4所述的可溶镁合金的制备方法,其特征在于,所述可溶镁合金的制备方法满足如下(6)~(7)中至少一个条件:
(6)所述退火处理的温度为360℃~500℃、时间为10h-24h;
(7)所述时效处理的温度为150℃~250℃、时间为12h~24h。
6.如权利要求4~5任一项所述的可溶镁合金的制备方法,其特征在于,所述可溶镁合金的制备方法满足如下(8)~(9)中至少一个条件:
(8)所述加热升温的步骤中,将所述镁合金熔体加热升温至750℃~775℃;
(9)所述降温的步骤中,降温至710℃~740℃。
7.如权利要求6所述的可溶镁合金的制备方法,其特征在于,所述可溶镁合金的制备方法满足如下(10)~(11)中至少一个条件:
(10)所述精炼处理的时间为3min~7min;
(11)所述静置处理的时间为5min~15min。
8.如权利要求4~5任一项所述的可溶镁合金的制备方法,其特征在于,在所述精炼处理的步骤之后,且在所述静置处理的步骤之前,还包括如下步骤:
对经所述精炼处理后的镁合金熔体进行除气、撇浮。
9.如权利要求1~3任一项所述的可溶镁合金或如权利要求4~8任一项所述的可溶镁合金的制备方法制得的可溶镁合金在制备压裂制品中的应用。
10.一种压裂制品,其特征在于,所述压裂制品包括如权利要求1~3任一项所述的可溶镁合金或如权利要求4~8任一项所述的可溶镁合金的制备方法的制得的可溶镁合金。
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