[發明專利]一種LPSO相強化的可降解高溫鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010046658.1
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111235450B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 房大慶;郭利君;呂文雪;劉佳南;丁向東;孫軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;E21B33/134
• 代理公司: 北京金蓄專利代理有限公司 11544
• 代理人: 趙方

本發明公開了一種LPSO相強化的可降解高溫鎂合金及其制備方法，該鎂合金的重量百分比含量為：稀土元素(Gd、Ho)：12～18％，過渡族元素(Cu、Ni、Zn)：1.5～6％，Zr：0.2～0.8％，余量為Mg。該鎂合金的LPSO相具有特殊的長周期結構，LPSO相自身對位錯和晶界的阻礙作用、促進動態再結晶細化晶粒尺寸的作用及其自身的協調變形可以提高合金的綜合力學性能。該鎂合金的制備方法采用半連續鑄造工藝、均勻化處理及擠壓工藝，獲得了室溫抗拉強度達330MPa以上，伸長率為15％以上，在150℃下抗拉強度達300MPa以上，伸長率為20％以上的高力學性能的及良好的降解速率的鎂合金。本發明公開的上述LPSO相強化的可降解高溫鎂合金可以廣泛應用在油氣田壓裂施工用的封隔工具橋塞中。

技術領域

本發明涉及有色金屬材料技術，屬于鎂合金領域，具體涉及一種LPSO相強化的可降解高溫鎂合金及其制備方法。

背景技術

油氣田開發中，低滲透油氣藏的壓裂技術及相關工具的開發逐漸成為熱點。橋塞作為水平井分段壓裂分層封隔的重要工具，但是需要在壓裂施工后鉆磨掉所有橋塞，才能打開油氣通道，保持井筒暢通。但壓裂施工過程中，易出現套管變形等問題，造成鉆塞周期長、施工成本高等問題。

而隨著工業的發展，鎂合金由于在腐蝕介質中較高的化學活性而逐漸作為可降解材料應用。同時鎂合金具有較低的密度和較高的比強度、比剛度，以及良好的導電導熱性、電磁屏蔽性、阻尼減震、可切削加工性等，作為結構材料被廣泛的應用。因此，利用可降解的鎂合金加工油氣田壓裂施工用的橋塞，在其完成封隔作用后在井下的高礦化度液體中逐漸腐蝕失效，可省去鉆磨及回收工序，提高施工效率，同時也避免了鉆屑及循環液對油氣儲層造成損害。此外，由于溫度隨著地層的深度逐漸升高，壓裂封隔工具通常在高溫、高壓的環境下使用，但目前的鎂合金由于其強度和塑性較低、高溫服役能力弱，150℃以上的工作環境下強度便會大幅度降低。為了保證儲層的正常生產，需要開發一種新型的耐高溫可降解鎂合金。

對于鎂合金的高溫力學性能，通過添加合金元素是目前提高鎂合高溫強度的有利手段，尤其是稀土元素。在鎂中加入稀土元素在鑄造過程中還可顯著細化晶粒,不僅可以顯著改善傳統鎂合金的綜合力學性能，還可以用于開發新型的高強耐熱鎂合金。稀土元素稀土元素(RE)對鎂合金具有固溶強化和沉淀強化作用，一方面，稀土元素，特別是Y、Gd、Dy、Ho、Er、Tb和Tm等重稀士元素在Mg中有很大的固溶度，它們與Mg原子半徑相差較大，能起到較好的固溶強化效果；另一方面，它們在Mg中的固溶度隨溫度的變化明顯，時效強化效果顯著。同時稀土元素與鎂及過渡族元素形成的LPSO相熱穩定性好，可以改善鎂合金的高溫性能。

另外一些過渡族金屬元素如Cu、Ni，由于它們與鎂基體存在的較大的電位差(Ni與Mg反應可生成Mg₂Ni相，Cu與Mg反應可生成Mg₂Cu相)，與基體合金構成腐蝕電偶對，導致鎂合金發生電化學腐蝕，加快了合金的腐蝕速度。Cu、Ni元素的添加可在合金基體中形成大量金屬間化合微顆粒，作為陰極加速合金的溶解，保證鎂合金的快速降解。鎂合金經熱擠壓變形后不僅可以細晶強化和析出強化的作用來提高力學性能，同時伴隨著相的連續性降低，呈現彌散分布的結果是析出相數量增多，尤其是析出相與合金的基體存在一定的電位差而相互作用構成腐蝕原電池可以加快合金的腐蝕降解速度。

稀土鎂合金具有較好的鑄造性能和加工性能，但高溫力學性能和降解速率還不理想，因此開發兼具優異高溫力學性能及良好降解速率的高性能稀土鎂合金對于豐富和發展鎂合金的應用領域具有重要的意義。

發明內容

為了克服現有技術中存在高溫力學性能和降解速率不理想的缺點，本發明提供一種LPSO相強化的可降解高溫鎂合金及其制備方法，具有優良的耐高溫性能和降解速率。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種LPSO相強化的可降解高溫鎂合金，所述鎂合金原料組成及其質量百分比含量為：稀土元素：12～18％，過渡族元素：1.5～6％，Zr：0.2～0.8％，余量為Mg；