本發(fā)明屬于致密油氣開采領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

在多層、多段壓裂技術(shù)開采致密油氣過程中，必須使用密封球，當(dāng)完成壓裂作業(yè)后，需將所有的密封球返排回收或破壞以保證油氣管道恢復(fù)通暢，提高油氣開采率。目前常用密封球?yàn)殇撉蚧蚋叻肿虞p質(zhì)球，鋼球密度大難以返排，高分子球容易變形導(dǎo)致卡球，嚴(yán)重影響了油氣開采效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料及其制備方法，本發(fā)明高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料使用在多層、多段壓裂技術(shù)開采致密油氣過程中的密封球上，在壓裂過程有效承載工作壓力，壓裂完成后原地溶解，無需返排，提高了油氣開采的效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：首先提供一種高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料，由以下質(zhì)量百分比的成分組成，83％的mg，8％的zn，8％的al，1％的cu。

該高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料中添加zn能夠促進(jìn)鎂合金晶粒的細(xì)化，在鎂合金的凝固過程中zn的溶解度隨著溫度的降低而減小，因此在鎂合金的凝固過程中，隨著枝干的長大不斷有zn原子析出，富集在晶界或晶枝邊界，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成第二相mgzn，第二相析出分散于基體中產(chǎn)生強(qiáng)化作用；同時(shí)，zn的析出離異至晶界上限制晶粒的長大，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化，從而提高鎂合金的強(qiáng)度。zn對鎂合金腐蝕影響較為復(fù)雜，少量zn能使鎂的電位正移并降低雜質(zhì)元素(fe，ni)對腐蝕性能的不利影響，并可以適當(dāng)提高合金耐蝕性；當(dāng)zn>3％，耐腐蝕性隨zn含量增加而降低。因此，本發(fā)明采用高zn含量的鎂合金。

al的加入能夠提高合金的強(qiáng)度，當(dāng)鋁的含量小于9％時(shí)，隨著al含量的增加，晶枝 臂越來越細(xì)，細(xì)化晶粒；同時(shí)，al的增加又能改善凝固后期的補(bǔ)縮。鎂合金熔煉后凝固過程，α-mg晶枝的析出會(huì)將多余的al原子排出，從而在凝固界面形成溶質(zhì)富集層，導(dǎo)致富集在型壁面和晶核表面交角處的al溶質(zhì)增多，前沿熔體的凝固溫度下降，同時(shí)α-mg晶枝析出會(huì)放出一部分潛熱，使凝固界面前沿溫度上升，鎂合金的過冷度降低，從而抑制晶枝的長大，細(xì)化晶粒。本發(fā)明加入8％的al。

在鎂合金中添加適量cu元素能夠提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)又能夠提高鎂合金的塑性，加快鎂合金的腐蝕速率，因此本發(fā)明采用添加cu的含量為1％。

本發(fā)明還提供以上所述高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料的制備方法，包括以下步驟，步驟一，將83％的mg，8％的zn，8％的al，1％的cu(純金屬)加入坩堝中；步驟二，待步驟一中坩堝中鎂合金完全融化并且溫度上升到750℃后，加入中間合金mg-30cu，待該鎂合金重新升高到750℃后，開始攪拌，同時(shí)進(jìn)行加熱，待該鎂合金溫度升高到780℃后，繼續(xù)攪拌5mins，然后靜置6～8mins；步驟三，將該熔融的鎂合金倒入已經(jīng)預(yù)熱至120℃的壓鑄模具中，壓力機(jī)(型號ya32-200)提供壓力200t，保壓20s，待擠壓鑄造成型后，進(jìn)行熱處理。

按上述技術(shù)方案，所述步驟三中，進(jìn)行熱處理具體為采用時(shí)效處理的熱處理，具體參數(shù)為時(shí)效溫度190℃，時(shí)效時(shí)間24h，冷卻方式為空冷。將熱處理后的鎂合金材料加工成標(biāo)準(zhǔn)的壓縮與拉伸試樣，在we-100a液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行壓縮與拉伸實(shí)驗(yàn)，得到鎂合金材料的抗壓強(qiáng)度512mpa，抗拉強(qiáng)度215mpa，能夠滿足許多材料對其抗壓、抗拉強(qiáng)度的要求。在常溫條件、濃度為3.5％鹽水中該鎂合金材料的溶解速率為4.31％，腐蝕速率較快，滿足其密封球的要求。

mg-zn系合金進(jìn)行時(shí)效處理后能產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用，晶界處析出的不連續(xù)硬而脆的第二相晶粒mgzn會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高鎂合金的強(qiáng)度和硬度。

按上述技術(shù)方案，所述步驟一中所述坩堝的表面涂覆zno。

按上述技術(shù)方案，所述步驟二中，對坩堝進(jìn)行加熱所采用的方式是，將sg2-7.5-10型坩堝電阻爐置于坩堝底部，對坩堝進(jìn)行加熱。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕并且在鹽水中容易被腐蝕的特點(diǎn)，能夠滿足致密油氣開采過程中密封球的性能要求，并且 溶于水后產(chǎn)物無污染。本發(fā)明提供的高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料的其制備方法，在熔煉過程采用機(jī)械攪拌的方式，同時(shí)采用擠壓鑄造工藝實(shí)現(xiàn)材料成型，并且對鎂合金進(jìn)行熱處理，獲得符合要求的高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中壓鑄模具的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中壓縮試樣側(cè)視尺寸；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中壓縮試樣主視尺寸。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例中，首先提供一種高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料，由以下質(zhì)量百分比的成分組成，83％的mg，8％的zn，8％的al，1％的cu。

本發(fā)明實(shí)施例中，提供以上所述高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料的制備方法，包括以下步驟，步驟一，將83％的mg，8％的zn，8％的al，1％的cu(純金屬)加入坩堝中；步驟二，待步驟一中坩堝中鎂合金完全融化并且溫度上升到750℃后，加入中間合金mg-30cu，待該鎂合金重新升高到750℃后，開始攪拌，同時(shí)進(jìn)行加熱，待該鎂合金溫度升高到780℃后，繼續(xù)攪拌5mins，然后靜置6～8mins；步驟三，將該熔融的鎂合金倒入已經(jīng)預(yù)熱至120℃的壓鑄模具中，壓鑄模具的示意圖如圖1所示，壓力機(jī)(型號ya32-200)提供壓力200t，保壓20s，待擠壓鑄造成型后，進(jìn)行熱處理。

進(jìn)一步地，所述步驟三中，進(jìn)行熱處理具體為采用時(shí)效處理的熱處理，具體參數(shù)為時(shí)效溫度190℃，時(shí)效時(shí)間24h，冷卻方式為空冷。將熱處理后的鎂合金材料加工成標(biāo)準(zhǔn)的壓縮與拉伸試樣，壓縮試樣側(cè)視尺寸如圖2，壓縮試樣主視尺寸如圖3。在we-100a液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行壓縮與拉伸實(shí)驗(yàn)，得到鎂合金材料的抗壓強(qiáng)度512mpa，抗拉強(qiáng)度215mpa，能夠滿足許多材料對其抗壓、抗拉強(qiáng)度的要求。在常溫條件、濃度為3.5％鹽水中該鎂合金材料的溶解速率為4.31％，腐蝕速率較快，滿足其密封球的要求。

mg-zn系合金進(jìn)行時(shí)效處理后能產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用，晶界處析出的不連續(xù)硬而脆的第二相晶粒mgzn會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高鎂合金的強(qiáng)度和硬度。

本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，所述步驟一中所述坩堝的表面涂覆zno。

進(jìn)一步地，所述步驟二中，對坩堝進(jìn)行加熱所采用的方式是，將sg2-7.5-10型坩堝電阻爐置于坩堝底部，對坩堝進(jìn)行加熱。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料及其制備方法，該高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料，由以下質(zhì)量百分比的成分組成，83％的Mg，8％的Zn，8％的Al，1％的Cu。本發(fā)明高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕并且在鹽水中容易被腐蝕的特點(diǎn)，能夠滿足致密油氣開采過程中密封球的性能要求，并且溶于水后產(chǎn)物無污染。本發(fā)明提供的高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料的其制備方法，在熔煉過程采用機(jī)械攪拌的方式，同時(shí)采用擠壓鑄造工藝實(shí)現(xiàn)材料成型，并且對鎂合金進(jìn)行熱處理，獲得符合要求的高強(qiáng)度鹽水可溶性鎂合金材料。

技術(shù)研發(fā)人員：熊新紅;蔡建康;章橋新;陳嘉林;李紅濤;何笠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.25
技術(shù)公布日：2017.10.03