CN108251721B - 一种高强可降解铝合金及其制备方法、应用 - Google Patents

一种高强可降解铝合金及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强可降解铝合金，包括Al及以下重量百分比的组分：Zn：5～10％，Mg：1.5～5％，Cu：2～5％，Ga：1～3％，In：0.2～2％。本发明还相应提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法。本发明的高强可降解铝合金通过控制加入的低熔点元素、强化铝合金元素与晶粒细化元素的量，最终制备得到的高强可降解铝合金具备高强度、高硬度与溶解性好等优点，具备良好力学性能的同时还具备良好的溶解性能，可大大拓宽该类铝合金材料的应用范围。

Description

一种高强可降解铝合金及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于压裂工具材料领域，尤其涉及一种铝合金及其制备方法、应用。
背景技术
页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中的、以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，其成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。近几年来，美国页岩气勘探开发技术取得了突破，产量得到了快速的增长，对国际天然气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加大了对页岩气的勘探开发力度。多级滑套分段压裂技术是近年来油气井工程技术领域发展起来的一项新型石油、天然气储层改造技术，主要应用于页岩气和低渗透储层的定向井、水平井的压裂增产改造。该项技术可根据地层地质状况与储层开发的需要，采用封隔器将水平井分隔成若干段，通过地面头球控制装置向井内依次投入直径由小到大的憋压球，逐级打开滑套，有针对性的对产层岩石进行压裂，形成石油、天然气流体裂缝通道，以扩大油气产层的泄油面积，提高油气采收率。在这项技术中，关键部位之一是压裂工具，包括憋压球、球座及滑套等，压裂工具材料要求具有耐压及快速降解的特点。另外，现有的井底油气输出用管采用的是钢管材料，无法溶解，需要开发一种新型的高强度可溶解材料，以满足实际工业生产使用要求。
美国专利公布了一种可分解的多层包覆核壳结构式复合材料制备方法(美国专利，US2011/0132143A1，2011年)，该专利通过在纳米级核体金属粉末(如镁、铝、锌、锰及其合金)颗粒的表面，采用化学镀的方法，镀上多层不同金属或金属氧化物纳米级壳层，如Al、Ni、Al2O3等，然后再把镀层后复合粉末进行烧结，获得具有一定降解性能的纳米复合材料，但该方法要求在活性比较高的纳米级镁、铝、锌、锰及其合金粉表面镀上多层纳米级金属或金属氧化物，极大的增加了该材料的生产成本，无法进行工业化生产。中国专利(专利号201110328251.9)公布了一种用于分段压裂投球滑套打开的新材料憋压球，尽管该专利制备的材料密度比较低，但该专利采用的是高分子材料制备憋压球，憋压球材料在高温腐蚀介质中不发生分解，导致在多级滑套分段压裂技术中必需使用钻具将憋压球钻掉，极大的增加了生产成本。中国专利(专利号201300901104160)公布了一种轻质耐压快速分解的铸造镁合金，该镁合金以含高铝高锌含量的Mg-Al-Zn系合金为基础，通过添加Cu、Ni、Ag等元素，调控合金的降解性能，使合金具有轻质耐压快速降解的特征，但因镁的活性比较高，强度相对铝较低，生产上具有较大的安全隐患性，所制备的材料结构不均匀，而且材料的制备成本相对比较高，不适合压裂工具的大规模工业化生产。
铝合金具有活性比较低、强度明显超过镁合金、生产较为安全及工艺相对比较简单等优点。传统的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是一种典型的时效强化型铝合金，具有高强度高韧的优点，广泛应用于工业生产中，但该系合金耐腐蚀性能强，在水系及卤素溶液中几乎不分解，不能用作压裂工具(如憋压球、球座及滑套等)与井底油气输出用管材料。美国专利(专利号US2007/0181224A1、US20080105438)报道了以Al-Mg-Si系合金为基础，通过添加Ga、Zn、Bi、Sn等元素，采用熔炼铸造发制备了可降解的Al-Mg-Ga-Zn-Bi-Sn系合金，但合金的强度较低(低于350MPa)，其降解速度达不到压裂工具的要求。中国专利(专利号201410819770.9)公布了一种高强可降解铝合金材料的制备方法，同样以Al-Mg-Si系合金为基础，采用Sn、Mn、Ga、In、Zn等元素为添加剂，加入到铝中，通过熔炼铸造方法制备成Al-Mg-Si-Sn-Ga-In系合金，并通过热处理提高其降解性能，但该合金的降解速率低，在50℃水中的降解速率低于0.3g/h，同时该材料的强度达不到压裂工具与井底油气输出用管的要求。中国专利(专利号201610327671.8)公布了一种于水及水介质环境中可降解的铝基合金，采用低Cu、低Mg含量的铝合金为基础，合金由90wt.％～94wt.％的Al、1.8wt.％～4.8wt.％的低熔点金属以及2.5wt.％～7.6wt.％的强化铝合金元素组成，其中低熔点金属为Ga、In和Sn，强化铝合金元素为Cu和Mg，其中Cu含量为1～2.4wt.％，Mg含量为1～1.5wt.％，该发明的合金在50℃～85℃范围的降解速率在0.1g/h～10g/h之间，而在85℃以上的温度范围内并没有报道其降解速率，但在开采页岩气时，地下的温度通常超过了90℃，因此需要压裂工具的承载温度在90℃以上，同时该专利所制备的合金的最大压缩屈服强度低于400MPa，满足不了压裂工具与井底油气输出用管的使用要求。中国专利(专利号201710327729.3)公布了一种以Al-Cu-Mg合金为基础的可溶解铸造铝合金，含有低熔点金属Sn、Ga、In等元素，但材料的抗压缩强度最大只有551MPa，达不到压裂工具中球座与滑套、井底油气输出用管等的使用要求。
因此，进一步提高强度，改善降解速率，并降低生产成本，制备具有高强度可降解的、满足压裂工具与井底油气输出用管道材料以满足压裂工具(如憋压球、球座及滑套等)与井底油气输出用管对材料强度与降解性能的要求具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有良好综合力学性能、可降解、低成本的高强可降解铝合金，并相应提供其制备方法及应用，该铝合金特别适用于井下可溶压裂工具与井底油气输出用管。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高强可降解铝合金，包括Al及以下重量百分比的组分：Zn：5～10％，Mg：1.5～5％，Cu：2～5％，Ga：1～3％，In：0.2～2％。
上述高强可降解铝合金中，优选的，所述铝合金中还包括以下重量百分比的组分：不超过0.5％的Zr，不超过0.5％的Ti，不超过0.5％的Sc，不超过0.5％的Er，不超过0.5％的Y，不超过0.5％的Mn，不超过0.5％的Cr。
上述高强可降解的铝合金中，优选的，所述Ga与In的重量比为1～3。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，所述高强可降解铝合金为铸态铝合金或挤压态铝合金，所述铸态铝合金的制备方法包括以下步骤：
(1)称取各组分，将Al、Cu熔化后进行除气除渣精炼，再向铝铜合金熔体中加入Mg、Zn熔化后进行除气除渣精炼，降温后再加入Ga、In及其它剩余组分，搅拌，待Ga、In及其它剩余组分熔化后再次进行除气除渣精炼得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行静置、浇铸得到铸造铝合金；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸造铝合金进行退火、固溶、淬火及时效处理得到铸态铝合金；
所述挤压态铝合金的制备方法包括以下步骤：
(1)称取各组分，将Al、Cu熔化后进行除气除渣精炼，再向铝铜合金熔体中加入Mg、Zn熔化后进行除气除渣精炼，降温后再加入Ga、In及其它剩余组分，搅拌，待Ga、In及其它剩余组分熔化后再次进行除气除渣精炼得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行静置、浇铸得到铸造铝合金；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸造铝合金进行退火、热变形、固溶、淬火及时效处理得到挤压态铝合金。
上述制备方法中，优选的，所述Al、Cu、Mg、Zn的熔化温度为730～800℃，所述Ga、In及其它剩余组分的熔化温度为690～730℃。
上述制备方法中，优选的，所述静置、浇铸的温度为690～720℃。
上述制备方法中，优选的，所述退火的温度为430～450℃，时间为12～24h。
上述制备方法中，优选的，所述热变形包括热挤压或锻造，并控制所述热变形的温度为430～470℃。
上述制备方法中，优选的，所述固溶处理的温度为465～480℃，时间1～5h；时效处理的温度为120～200℃，时间为6～24h。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述高强可降解铝合金在制备压裂工具或井底油气输出用管中的应用。
本发明采用熔炼铸造法，以Al-Zn-Mg-Cu系合金为基础，通过添加一定量的低熔点物质Ga、In元素，通过调控Ga/In的质量分数比例，并通过固溶时效及退火、热处理等操作，制备得到具有较高强度、高硬度的可降解铝合金。本发明中的铸造铝合金为枝晶网状组织，铸态组织为Al基体相、晶间α(Al)+η(MgZn2)共晶相以及成网格状分布的非平衡共晶T(AlZnMgCu)相。其中的η(MgZn2)相是合金中的主要强化相，合金在均匀化退火处理的过程中，共晶相溶入基体相，同时发生T(AlZnMgCu)相向S(Al2MgCu)相的转变，S(Al2CuMg)相可保证材料具有较高的抗软化强度。Ga以固溶的方式存在于Al基体和晶界相上，In则与Al形成Al-In共晶相，可通过改变Ga、In的含量与比例来控制Al-In共晶相的数量，从而调控合金材料的溶解速率。
本发明中的制备铝合金效率高，安全性高，且材料在经过后续的退火、热变形及固溶时效处理后，强度会得到进一步的提高。铸造铝合金固溶时效后的维氏硬度可达190HV以上，最大抗压强度达到670MPa，屈服强度达到470MPa；而热变形后的材料抗拉强度达到480MPa以上，屈服强度达到460MPa。
本发明中，通过控制低熔点元素(Ga与In)、强化铝合金元素(Zn、Mg、Cu、Mn、Cr)及晶粒细化元素(Sc、Ti、Zr、Y等)的含量来控制材料的强度与降解速率。根据实验测定，在温度为90℃～100℃的3％KCl溶液中，合金(包括热处理后合金)的降解速率在0.05g/h～2g/h。由于该材料具有一定的强度、硬度，且在高温海水腐蚀环境中溶解速率可控，故可用于压裂工具(如憋压球、球座及滑套等)与井底油气输出用管(要求腐蚀速率在0.05～0.1g/h)等，其中铸态铝合金可作为压裂工具，而挤压态铝合金可作为井底油气输出用管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的高强可降解铝合金通过控制加入的低熔点元素、强化铝合金元素与晶粒细化元素的量，最终制备得到的高强可降解铝合金具备高强度、高硬度与溶解性好等优点，具备良好力学性能的同时还具备良好的溶解性能，可大大拓宽该类铝合金材料的应用范围。
2、本发明高强可降解铝合金易加工，制备成本较低，制备方法简单，易操作，适用于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的铸态合金微观形貌和相成分图。
图2为本发明实施例8的挤压态合金拉伸断口微观形貌和相成分图。
图3为本发明实施例5的铸态合金在室温下的典型压缩应力-应变曲线。
图4为本发明实施例8的挤压态合金在室温下的典型拉伸应力-应变曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：6％，Mg：2.5％，Cu：2.5％，Ga：1.5％，In：0.5％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至730℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到690℃，加入Ga、In熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于720℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于450℃下退火12h并空冷，然后在470℃下等温固溶2.5h，然后在汽油中淬火冷却至室温，再在120℃下时效处理24h得到高强可降解铝合金。
实施例2：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：5％，Mg：5％，Cu：2％，Ga：1％，In：0.4％，Zr：0.5％，Sc：0.5％，Y：0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至800℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到730℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于690℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于430℃下退火24h并空冷，然后在480℃下等温固溶1h，然后在汽油中淬火冷却至室温，再在160℃下时效处理15h得到高强可降解铝合金。
实施例3：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：5％，Mg：2％，Cu：2％，Ga：3％，In：1％，Zr：0.5％，Mn：0.25％，Cr：0.25％，Er：0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至760℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到710℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于710℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于470℃下退火12h并空冷，然后在470℃下等温固溶2.0h，然后在汽油中淬火冷却至室温，再在150℃下时效处理16h得到高强可降解铝合金。
实施例4：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：10％，Mg：5％，Cu：5％，Ga：1.5％，In：1％，Zr：0.25％，Mn：0.5％，Cr：0.5％，Er：0.5％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至750℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到690℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于700℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于460℃下退火24h并空冷，然后在465℃下等温固溶5h，然后在煤油中淬火冷却至室温，再在200℃下时效处理6h得到高强可降解铝合金。
实施例5：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：8％，Mg：2.5％，Cu：2.5％，Ga：2％，In：2％，Mn：0.25％，Sc：0.25％，Er：0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至760℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到720℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于690℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于450℃下退火24h并空冷，然后在475℃下等温固溶2.0h，然后在煤油中淬火冷却至室温，再在150℃下时效处理18h得到高强可降解铝合金。
实施例6：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：7.5％，Mg：3％，Cu：3％，Ga：2％，In：1％，Mn：0.25％，Y：0.25％，Ti：0.5％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至750℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到710℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于700℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于450℃下退火15h并空冷，然后在470℃下等温固溶2.0h，然后在煤油中淬火冷却至室温，再在160℃下时效处理15h得到高强可降解铝合金。
实施例7：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：10％，Mg：1.5％，Cu：2.5％，Ga：2％，In：1％，Cr：0.25％，Er：0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至780℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到720℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于710℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于450℃下退火20h并空冷，然后在470℃下等温固溶3.0h，然后在煤油中淬火冷却至室温，再在170℃下时效处理12h得到高强可降解铝合金。
实施例8：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：6％，Mg：2.5％，Cu：2.5％，Ga：1.5％，In：0.5％，Cr：0.25％，Ti：0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至780℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到720℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于710℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于450℃下退火20h并空冷，然后在470℃下热挤压成棒材，棒材再在470℃下等温固溶1.0h，然后在煤油中淬火冷却至室温，再在160℃下时效处理12h得到高强可降解铝合金。
实施例9：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：6％，Mg：3％，Cu：2.2％，Ga：1％，In：0.4％，Zr：0.25％，Ti：0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至760℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到730℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于700℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于450℃下退火18h并空冷，然后在430℃下热挤压成棒材，棒材再在470℃下等温固溶2.0h，然后在煤油中淬火冷却至室温，再在180℃下时效处理8h得到高强可降解铝合金。
实施例10：
一种高强可降解铝合金，包括以下重量百分比的组分：Zn：8％，Mg：2.5％，Cu：2.5％，Ga：2％，In：2％，Y：0.25％，Er：0.25％，余量为Al。
本实施例还提供一种上述高强可降解铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分，将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至770℃，熔化后用C2Cl6除气除渣精炼；将纯镁、纯锌加入熔化，用C2Cl6除气除渣精炼；然后降温到710℃，加入Ga、In及其他剩余组分熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣精炼，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)中制备得到的合金熔体进行于690℃浇注成20mm×120mm的铸锭；
(3)将步骤(2)中制备得到的铸锭于450℃下退火20h并空冷，然后在450℃下锻造成棒材，棒材再在470℃下等温固溶2.5h，然后在煤油中淬火冷却至室温，再在160℃下时效处理15h得到高强可降解铝合金。
对比例1：
合金的组分及其重量百分比为18％Al-8％Zn-2.5％Fe-2.0％Ni-5％Cu-1％Ag-0.25％Ti-0.25％Zr，其余为Mg。其制备方法如下：先将纯铝放入熔炼炉中，升温至715℃；熔化后再将经烘烤的Al-Fe中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Zr中间合金及Al-Ti中间合金加入铝熔体中，同时升温至750℃；熔化后，降温至730℃时，将纯镁、纯锌放入合金熔体中熔化后，用C2Cl6精炼剂进行除气处理，降温至710℃，静置，在氩气保护下浇铸，冷却得到成品。
对比例2：
合金的组分及其重量百分比为17.5％Si-2％Mn-1.5％Mg-4％Ga-11％In-1％Zn，其余为Al。其制备方法如下：把原料在760℃充分融化搅拌，在710℃保温2h，使之成为具有宏观均匀性质的熔体，然后在350℃保温2h得到成品。
对比例3：
合金的组分及其重量百分比为91％Al-3.5％Mg-1％Cu-3％Ga-1％In-0.5％Sn。其制备方法如下：按设计组分配取各组分，用坩埚熔炼炉先熔化铝，合金的熔炼温度为730℃。待加入的其他金属熔化，在铝液表面撒上一层清渣覆盖剂(KCl和MgCl的混合物)；按Ti含量0.1wt.％加入铝钛硼(Al94Ti5B)晶粒细化剂后，对铝液进行15分钟精炼处理；铝液静置一段时间后，去除铝液表面的氧化渣；将铝液浇铸于模具中，待铝液完全凝固后，将铸态合金放入淬火炉中加热至470℃并保温1.8h；取出合金于油中淬火，淬火后铸件在时效炉中于190℃保温18h得到成品。
对比例4：
合金的组分及其重量百分比为6％Cu-5％Mg-3％Ga-1％In，其余为铝。其制备方法如下：先将纯铝、Al-Cu中间合金放入熔炼炉中，升温至780℃，熔化后再将纯镁加入熔化，用C2Cl6精炼除气除渣；然后降温到720℃，加入Ga、In、Sn熔化并搅拌，再用C2Cl6除气除渣，并于700℃浇筑成20mm×120mm的铸锭；铸锭在450℃等温固溶1h，然后在机油中淬火冷却至室温，再在150℃时效处理10h得到成品。
实施例1～10及对比例1～4中制备得到的合金的性能参数如下表1所示。
表1：实施例1～10及对比例1～4中合金产品的性能参数
Figure BDA0001555624310000091
比较实施例1～10与对比例1～4的性能参数值可以看出：实施例中制备的铸造铝合金的抗压缩强度明显高于对比例中制备得到的合金成品，在93℃在3％KCl溶液中的降解速率也能满足多级滑套分段压裂技术中压裂工具材料的耐压可降解的性能要求。其中实施例1～7为铸态材料作为压裂工具，起到承压作用，要求抗压缩强度高；而实施例8～10为挤压变形态材料，，其抗拉强度超过470MPa，屈服强度超过440MPa，能满足井底油气输出用管道对材料拉伸性能的要求。
由图1～4可知，从图可知，本实施例制备的材料无论是铸态还是挤压态，均具有可降解结构特征，并且具有较高的强度，能满足压裂工具或井底油气输出管道对材料的强度与可降解要求要求。

Claims (6)

1.一种用于井底油气输出用管的高强可降解铝合金，其特征在于，所述高强可降解铝合金的腐蚀速率在0.05~0.1g/h之间，所述高强可降解铝合金包括Al及以下重量百分比的组分：Zn：5～10%，Mg：1.5～5%，Cu：2～5%，Ga：1～3%，In：0.2～2%；所述Ga与In的重量比为1~3；
所述高强可降解铝合金为挤压态铝合金，所述挤压态铝合金的制备方法包括以下步骤：
（1）称取各组分，将Al、Cu熔化后进行除气除渣精炼，再向铝铜合金熔体中加入Mg、Zn熔化后进行除气除渣精炼，降温后再加入Ga、In及其它剩余组分，搅拌，待Ga、In及其它剩余组分熔化后再次进行除气除渣精炼得到合金熔体；
（2）将步骤（1）中制备得到的合金熔体进行静置、浇铸得到铸造铝合金；
（3）将步骤（2）中制备得到的铸造铝合金进行退火、热变形、固溶、淬火及时效处理得到挤压态铝合金；
所述退火的温度为430～450℃，时间为12～24h；
所述热变形的温度为430～470℃。
2.根据权利要求1所述的高强可降解铝合金，其特征在于，所述铝合金中还包括以下重量百分比的组分：不超过0.5%的Zr，不超过0.5%的Ti，不超过0.5%的Sc，不超过0.5%的Er，不超过0.5%的Y，不超过0.5%的Mn，不超过0.5%的Cr。
3.根据权利要求1所述的高强可降解铝合金，其特征在于，所述Al、Cu、Mg、Zn的熔化温度为730～800℃，所述Ga、In及其它剩余组分的熔化温度为690～730℃。
4.根据权利要求1所述的高强可降解铝合金，其特征在于，所述静置、浇铸的温度为690～720℃。
5.根据权利要求1或3或4所述的高强可降解铝合金，其特征在于，所述热变形包括热挤压或锻造。
6.根据权利要求1或3或4所述的高强可降解铝合金，其特征在于，所述固溶处理的温度为465～480℃，时间1～5h；时效处理的温度为120～200℃，时间为6～24h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110295303A (zh) * 2019-06-24 2019-10-01 中国石油天然气股份有限公司 一种室温超塑性可溶金属及其制作方法
CN110699581B (zh) * 2019-08-20 2021-02-26 上海交通大学 一种可溶耐酸铝合金油管及其制备方法及其用铝合金
CN111534819B (zh) * 2020-06-23 2021-05-18 兰州理工大学 一种Al-Ga合金的电火花沉积修复方法和电极
CN111876636B (zh) * 2020-08-07 2021-08-10 广东省材料与加工研究所 可溶解铝合金材料、其制备方法及压裂球
CN112210698B (zh) * 2020-09-14 2021-09-10 中国石油天然气股份有限公司 一种用于井下定时移除工具的铝基可溶合金及其制备方法
CN114015913A (zh) * 2020-10-30 2022-02-08 青岛大地创鑫科技有限公司 一种高强度可溶铝合金及其制备方法
CN114717456B (zh) * 2022-04-18 2023-07-28 陕西科技大学 一种高温可溶铝合金、制备方法及用途
CN114752827B (zh) * 2022-04-18 2023-07-18 陕西科技大学 一种低温可溶铝合金及用途
CN114686734A (zh) * 2022-04-18 2022-07-01 陕西科技大学 一种高延展性可溶铝合金、制备方法及用途
CN115572855A (zh) * 2022-11-03 2023-01-06 青岛大地鑫基材料有限公司 一种可溶铝合金降解速率调控方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8211248B2 (en) * 2009-02-16 2012-07-03 Schlumberger Technology Corporation Aged-hardenable aluminum alloy with environmental degradability, methods of use and making
US20160160591A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Baker Hughes Incorporated Degradable anchor device with inserts
CN105779830B (zh) * 2016-04-06 2018-11-02 中国兵器科学研究院宁波分院 一种易腐蚀铝合金材料及其制备方法
CN105886861B (zh) * 2016-05-12 2017-08-22 宝鸡石油钢管有限责任公司 一种铝合金连续管及其制造方法
CN105950920A (zh) * 2016-05-17 2016-09-21 中国科学院金属研究所 一种于水及水介质环境中可溶解的铝基合金及其制备方法
CN106906392B (zh) * 2017-05-11 2018-08-10 中南大学 一种耐压快速降解的铸造铝合金及其制备方法

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