一種鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鎂合金，由下述組份按質(zhì)量百分比組成：Al：5～15%，F(xiàn)e：1～10%，Zr：0.1～5%，Ti：1～10%，Ni：0～10%，余量為Mg，各組分之和為100%。本發(fā)明中鎂合金可用作石油天然氣開采用的憋壓球材料。本發(fā)明提供的鎂合金的分解性能明顯超過現(xiàn)有的鑄錠冶金鎂合金，它能滿足憋壓球材料分解性能的要求。本發(fā)明中鎂合金可實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，拓展了鎂合金在石油天然氣開采領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專利說明】一種鎂合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎂合金及其制備方法，該鎂合金可作為油氣開采的憋壓球材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 頁巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方 式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源。近幾年，美國頁巖氣勘 探開發(fā)技術(shù)突破，產(chǎn)量快速增長，對國際天然氣市場及世界能源格局產(chǎn)生重大影響，世界主 要資源國都加大了對頁巖氣的勘探開發(fā)力度。多級滑套分段壓裂技術(shù)是近年來油氣井工程

【技術(shù)領(lǐng)域】發(fā)展起來的一項新型油氣儲層改造技術(shù)，主要應(yīng)用于頁巖氣和低滲透儲層的定向 井、水平井壓裂增產(chǎn)改造。該項技術(shù)可根據(jù)地層地質(zhì)狀況與儲層開發(fā)的需要，采用封隔器將 水平井分隔成若干段，通過地面投球控制裝置向井內(nèi)依次投入直徑由小到大的憋壓球，逐 級打開滑套，有針對性地對產(chǎn)層巖石進(jìn)行壓裂，形成石油、天然氣流體裂縫通道，以擴(kuò)大油 氣產(chǎn)層泄油面積，提高油氣采收率。在這項技術(shù)中，關(guān)鍵部件之一是滑套憋壓球，其主要功 能為：1)打開滑套對產(chǎn)層進(jìn)行壓裂；2)隔離下部儲層。待所有產(chǎn)層壓裂結(jié)束后，利用地層壓 力將憋壓球返排出井口，或使用鉆具將滑套球座及憋壓球鉆掉，這些方法的不足之處在于， 受地層壓力及現(xiàn)場施工壓力的影響，可能導(dǎo)致憋壓球發(fā)生卡位，返排不成功，下入鉆具進(jìn)行 磨銑會延長施工周期，增加施工成本與風(fēng)險。因此，研制一種能承受壓裂施工高壓、井底高 溫，并在井內(nèi)流體環(huán)境下能自行分解的憋壓球材料，可有效降低施工風(fēng)險，提高施工效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對油氣開發(fā)憋壓球材料領(lǐng)域的技術(shù)不足和缺陷，提出一種組分配比合 理、生產(chǎn)工藝簡單、可有效分解的粉末冶金鎂合金及其制備方法，使鎂合金的分解性能超過 現(xiàn)有的鑄錠冶金型鎂合金。
[0004] 因此，本發(fā)明提供一種鎂合金，由下述組份按質(zhì)量百分比組成：A1 :5?15%，F(xiàn)e : 1?10%，Zr :0· 1?5%，Ti :1?10%，Ni :0?10%，余量為Mg，各組分之和為100%。
[0005] 在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述Ni在鎂合金中的重量含量為1?10%。
[0006] 本發(fā)明還提供所述鎂合金在油氣開采的憋壓球材料中的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明還提供上述鎂合金的制備方法，包括，取1%41、？6、21*、11、附元素的單質(zhì) 粉末球磨混合均勻，將球磨后的復(fù)合粉末模壓成型坯料，并將所述坯料進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)。 在本發(fā)明制備方法中，優(yōu)選的是，所述熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度為500?620°C，壓力為0. 001? 0. IMPa，燒結(jié)時間2?6h。優(yōu)選所述單質(zhì)粉末粒度為：鎂粉：-50目?-100目，鋁粉：-50 目?-300目，鐵粉：-50目?-300目，鋯粉：-50目?-300目，鈦粉：-50目?-300目，鎳 粉：-50目?-300目。優(yōu)選所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300?600轉(zhuǎn)/分鐘；球磨后的復(fù)合粉末先 過-50目篩再模壓成型；所述模壓成型壓力為300?600MPa。
[0008] 本發(fā)明的制備方法中，采用鎂元素粉末為基體，添加鋁、鋯、鐵、鈦、鎳等微量元素， 通過球磨，使這些微量元素中的一部分在鎂基體中固溶度超過其理論值，另一部分包覆鎂 粉表面，然后通過真空熱壓燒結(jié)，使元素粉末充分反應(yīng)，以獲得致密度高、孔隙少、晶粒細(xì) 小、金屬間化合物相細(xì)小彌散分布的燒結(jié)態(tài)產(chǎn)品，使合金的組織處于多相細(xì)小彌散分布狀 態(tài)，從而使其具有良好的綜合機(jī)械性能，同時，合金在高溫鹵素鹽溶液(如3wt%氯化鉀水溶 液）中的分解性能明顯超過現(xiàn)有的鑄錠冶金型鎂合金。

【具體實施方式】
[0009] 在以下對比例和實施例中，合金化學(xué)成分中數(shù)據(jù)代表其質(zhì)量百分含量；如AZ91鑄 態(tài)鎂合金 Mg-9Al-0. 9Zn-0. 5Zr-0. 2Mn 中 Al、Zn、Zr 和 Μη 的含量分別為 9%、0. 9%、0. 5% 和 0· 2%，余量為 Mg，共 100%。
[0010] 對比例1
[0011] 該對比合金為AZ91鎂合金，其化學(xué)成分為Mg-9Al-0. 9Zn-0. 5Zr-0. 2Mn。AZ91的 原料包括Al-4Zr中間合金、2號工業(yè)純鎂、Al-10Mn中間合金和2號純鋅；上述原料在中頻 感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C 2C16進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成坯錠。該合 金的室溫最大抗壓縮強(qiáng)度為245MPa，其在70°C的3%KC1溶液中的腐蝕速率為0. 007g/h，在 93°C的3%KC1溶液中的腐蝕速率為0. 01g/h。
[0012] 對比例2
[0013] 該對比合金為ZK61鎂合金，其化學(xué)成分為Mg-6Zn-0. 9Zr。ZK61的原料包括A00 純鋁、Mg-10Zr中間合金、2號工業(yè)純鎂和2號純鋅；上述原料在中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并 用C 2C16進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成坯錠。該合金的室溫最大抗壓縮強(qiáng) 度為252MPa，其在70°C的3%KC1溶液中的腐蝕速率為0. 01g/h，在93°C的3%KC1溶液中的 腐蝕速率為〇. 〇14g/h。
[0014] 實施例1
[0015] 實驗合金化學(xué)成分為：Mg-5Al-lFe-0. IZr-lTi。合金配料為：-50目鎂粉、-300目 鋁粉、-50目鐵粉、-200目鋯粉、-100目鈦粉。元素粉末通過氬氣保護(hù)，在球磨機(jī)上以300 轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨15h后過-50目篩，然后在室溫下以300MPa的壓力模壓成型。壓坯在 真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，壓力為O.OIMPa，燒結(jié)溫度為500°C，燒結(jié)時間為6h。合金的室溫最大抗 壓縮強(qiáng)度彡230MPa，在70°C的3%KC1溶液中的腐蝕速率為1. 23g/h，在93°C的3%KC1溶液 中的腐蝕速率為2. 76g/h。
[0016] 實施例2
[0017] 實驗合金化學(xué)成分為：Mg-15Al-5. 5Fe-2. 5Zr-5. 5Ti。合金配料為：-100目鎂 粉、-300目鋁粉、-50目鐵粉、-300目鋯粉、-100目鈦粉。元素粉末通過氬氣保護(hù)，在球磨 機(jī)上以600轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨10h后過-50目篩，然后在室溫下以450MPa的壓力模壓成 型。壓坯在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，壓力為0. IMPa，燒結(jié)溫度為580°C，燒結(jié)時間為2h。合金的 室溫最大抗壓縮強(qiáng)度彡235MPa，在70°C的3%KC1溶液中的腐蝕速率為0. 92g/h，在93°C的 3%KC1溶液中的腐蝕速率為2. 71g/h。
[0018] 實施例3
[0019] 實驗合金化學(xué)成分為：Mg-10Al-10Fe-5Zr-10Ti-10Ni。合金配料為：-70目鎂 粉、-200目鋁粉、-200目鐵粉、-50目鋯粉、-200目鈦粉、-300目鎳粉。元素粉末通過氬氣 保護(hù)，在球磨機(jī)上以450轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨20h后過-50目篩，然后在室溫下以600MPa的
【權(quán)利要求】
1. 一種鎂合金，由下述組份按質(zhì)量百分比組成：Al :5?15%，F(xiàn)e :1?10%，Zr :0. 1? 5%，Ti :1?10%，Ni :0?10%，余量為Mg，各組分之和為100%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述Ni在鎂合金中的重量含量為1? 10%。
3. -種如權(quán)利要求1或2所述鎂合金在油氣開采的憋壓球材料中的應(yīng)用。
4. 一種如權(quán)利要求1或2所述鎂合金的制備方法，包括，取1%、41、？6、21*、11、附元素 的單質(zhì)粉末球磨混合均勻，將球磨后的復(fù)合粉末模壓成型坯料，并將所述坯料進(jìn)行真空熱 壓燒結(jié)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度為500? 62〇°C，壓力為0· 001?0· IMPa，燒結(jié)時間2?乩。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述單質(zhì)粉末粒度為：鎂粉：-50 目?-100目，鋁粉：-50目?-300目，鐵粉：-50目?-300目，鋯粉：-50目?-300目，鈦 粉：-50目?-300目，鎳粉：-50目?-300目。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300?600轉(zhuǎn)/分 鐘；球磨后的復(fù)合粉末先過-50目篩再模壓成型；所述模壓成型壓力為300?600MPa。
【文檔編號】C22C23/02GK104120318SQ201310146914
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月24日
【發(fā)明者】魏遼, 吳姬昊, 馬蘭榮, 秦金立, 張瑞, 朱和明 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院