[發明專利]一種碳熱還原法合成鋁合金粉體的方法

有效

• 申請號: 201710720059.1
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107671304B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 郭思文;張華光;張文星;胡開斌;桂捷;任國富;趙敏琦;薛曉偉;邵媛
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: B22F9/20
• 分類號: B22F9/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種碳熱還原法合成鋁合金粉體的方法，將粒徑小于50μm的金屬氧化物與粒徑小于100μm的工業鋁礦進行混合，得到混合粉末，將混合粉末與碳粉混合后于惰性氣體保護下，在1000～1100℃下保溫1.5～3h，然后升溫至1300～1450℃，并保溫1.5～3h，冷卻，得到可溶性鋁合金粉體。本發明減少了工業合成鋁合金的步驟，充分利用礦物原料，降低合成成本，而且將工業鋁礦作為原料，工業鋁礦中的部分化合物在溶解時會使得溶解液呈現堿性，提高溶解的均勻性，部分工業氧化物可以作為增強相，適度會提高可降解鋁基合金的抗壓強度，本發明提高了鋁礦的利用率，工藝簡化，節約工業生產成本。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種碳熱還原法合成鋁合金粉體的方法。

背景技術

世界非常規油氣田開采的先進技術為多層多段水力壓裂技術，該技術開采過程中會用到大量井下工具。高強可溶解材料可用于制造此類井下工具，在使用過程中能滿足基本的應用性能要求，尤其是在復雜外界條件下，可在工作時間內承受高溫高壓，又可在壓裂工作完成后原地溶解，無需磨削或返排，使油氣管道恢復暢通，大大節約了人力、物力和財力，極大的提高了工程進展速度。

目前，最常用的可降解材料有有機聚合物材料和金屬可降解材料，由于有機聚合物的易變性、強度低、高溫性能差等特點，容易在壓裂的過程中造成卡塞。因此使用金屬可降解材料是目前一種最佳的選擇，目前可降解的金屬材料有鋁合金和鎂合金。專利201410819770.9提出了一種高強可溶解鋁合金材料，該材料不僅具有較高的強度，而且在發揮其作用后無需磨削或返排，大大提高了油氣開采的工作效率，該專利中所涉及的生產方法有粉末冶金和鑄造成型。

專利CN104480354A中采用低熔點金屬如鎵、銦、錫、鋅、鋰等活化鋁合金，使其表面的鈍化膜被破壞，從而使鋁在水中快速的溶解。粉末冶金可提高材料的強度和化學均勻性，從而提高材料的性能和應用性能。

而粉末冶金中所需粉體原料的選擇則是粉末冶金的重要環節。研究表明，采用未提煉的礦渣作為原料，通過碳熱還原手段，可以得到不同的合金粉體，大幅度降低生產成本。

專利201410084910.2采用碳熱還原法制備鋁鐵合金，這種方法可以直接從煉鋁赤泥中合成合金。專利201310449481.X中用高鈦富鈮渣生產鈮鈦合金等作為原料，采用碳熱還原法合成鈦合金，可提高工業原料的利用率。但這些合金不能在油田開采環境中溶解，不能應用于石油開采工藝中的壓裂中，所以有必要提供一種可溶解的鋁基合金。

發明內容

本發明目的在于改善現有可溶解鋁合金材料的溶解性能，提供一種碳熱還原法合成鋁合金粉體的方法。

為實現上述目的，本發明可通過以下技術方案實現：

一種碳熱還原法合成鋁合金粉體的方法，將金屬氧化物與工業鋁礦進行混合，得到混合粉末，將混合粉末與碳粉混合后于惰性氣體保護下，在1000～1100℃下保溫1.5～3h，然后升溫至1300～1450℃，并保溫1.5～3h，冷卻，得到可溶性鋁合金粉體。

本發明進一步的改進在于，工業鋁礦通過以下方法制得：將氧化鋁質量含量大于45％的工業鋁礦用粉碎機粉碎后進行球磨至粒徑小于100μm制得。

本發明進一步的改進在于，金屬氧化物為氧化物A或氧化物A與氧化物B的混合物；其中，氧化物A為氧化錫、氧化鎵、氧化銦、氧化鋅中的一種或幾種；氧化物B為氧化錳、氧化鎂中的一種或兩種。

本發明進一步的改進在于，當金屬氧化物為氧化錳與氧化物A的混合物時，制得的可溶性鋁合金粉體中，錳的質量百分含量為0.5～0.5％；

當金屬氧化物為氧化鎂與氧化物A的混合物時，制得的可溶性鋁合金粉體中，鎂的質量百分含量為1～5％；