易溶性鎂合金材料及其制造方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種易溶性鎂合金材料，該材料包括如下組分Al、Li、Ca、Zn、In、Ga、Si、Zr等元素，本發(fā)明還公開了該易溶性鎂合金材料的制備方法。本發(fā)明易溶性金屬鎂合金材料用于制造如封堵球及靶鏢等制品，具有易溶或快速降解的技術(shù)特點，可被設(shè)計為執(zhí)行臨時性功能或僅是暫時性需要的石油開采井下構(gòu)件或井下構(gòu)件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：解決或避免二次鉆井或磨銑作業(yè)高成本問題，獲得低成本高效率的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。同時鎂合金密度合適，其溶渣或腐蝕產(chǎn)物符合返排作業(yè)技術(shù)要求，可獲得簡捷高效與環(huán)保節(jié)能等多重優(yōu)越性的技術(shù)效果。
【專利說明】易溶性鎂合金材料及其制造方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎂合金材料，該鎂合金材料制品(如可溶球、靶鏢等)用于石油井、油氣井及水井下作業(yè)，可以實現(xiàn)增產(chǎn)增收和提高生產(chǎn)效率的多重效果。本發(fā)明還涉及該鎂合金材料的制備方法和具體應(yīng)用，屬于鎂合金【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]低、中滲透壓力的石油油田或采油油井因受井下滲透壓力低，造成自然產(chǎn)能低下，以及高滲透壓力的石油油田或采油油井在采油后期由于滲透壓力減低以及出油通道窄小或堵塞不通，造成石油開采效率低下、產(chǎn)量低甚至不出油，迫使石油開產(chǎn)企業(yè)采用各類先進(jìn)、高新技術(shù)及其方法來提高開采效率、提高出油量。其中井下壓裂技術(shù)就是其中一項先進(jìn)技術(shù)，壓裂技術(shù)作業(yè)中必須用到封堵材料及耗品，屬于被設(shè)計為執(zhí)行臨時性功能或僅是暫時性需要的石油構(gòu)件，如封堵用的壓裂球及靶鏢等關(guān)鍵作業(yè)材料及耗品，必須通過井上工具運送到井下預(yù)定部位，進(jìn)行分段、分層封堵與壓裂，直到井下作業(yè)完成。井下作業(yè)完成后要將這些封堵材料及耗品從井下到井上進(jìn)行打通，以便使石油及油氣順暢地從井道噴出，實現(xiàn)開采。常規(guī)技術(shù)是采用磨銑作業(yè)，以去除封堵材料及耗品，如封堵用的壓裂球及靶鏢等，其碎削因材料種類及密度不同，將給返排作業(yè)帶來技術(shù)上的難度或困難，同時二次鉆井或磨銑作業(yè)又增加了高成本問題。為此，這些耗材及制品在技術(shù)上有了新突破，已采用復(fù)合材料(MMC)、鋁合金、C纖維、尼龍以及酚醛材料制造，使碎削返排作業(yè)技術(shù)上難度降低，但二次鉆井或磨銑作業(yè)尚未能解決。
[0003]壓裂作業(yè)因地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層特性不同，可以采用酸性、堿性以及鹽類壓裂液，對壓裂后的井下地質(zhì)進(jìn)行腐蝕 ，從而實現(xiàn)溶通出油通道、拓寬出油通道以及增深出油通道的技術(shù)效果。采用鋼或其它可鉆重金屬以及鋁合金因密度較大、不易腐蝕或降解速度小不利于返排作業(yè)時間要求；而復(fù)合材料(MMC)還存在易擠碎問題，滿足不了高壓力壓裂作業(yè)要求；采用C纖維、尼龍以及酚醛材料存在難腐蝕問題或不易降解，而且封堵時如封堵球還易被拉長，易造成球座卡堵問題，必須進(jìn)行二次鉆井或磨銑作業(yè)。
[0004]現(xiàn)有工業(yè)AZ、AM、AS、WE、ZK等系列鎂合金，在成分配方設(shè)計上都是力圖提高耐腐蝕性，其降解速度要數(shù)年或數(shù)月。顯然，不具備用于石油井下增產(chǎn)作業(yè)要求，滿足不了在規(guī)定的作業(yè)條件、作業(yè)時間內(nèi)全部溶失掉的特定要求。
[0005]申請?zhí)枮?00610041586.1中國發(fā)明專利申請公開《一種高耐蝕性鎂合金》(申請公布號為CN1920077A)公布了一種高耐蝕性鎂合金材料及技術(shù)，該申請涉及顯然滿足不了易溶鎂合金的設(shè)計要求。類型的，中國發(fā)明專利申請CN1737212A、CN1632168A及CN101245484A分別公布了提高鎂合金耐蝕性的不同處理技術(shù)及方法，顯然也滿足不了鎂合金在高壓耐溫封堵作業(yè)和后續(xù)可溶返排作業(yè)兩階段不同性質(zhì)的技術(shù)要求。
[0006]參考申請?zhí)枮?00910130736.X，的中國發(fā)明專利申請公開《生產(chǎn)油田可降解合金以及相關(guān)產(chǎn)品的方法》(申請公布號為CN101560619A)，和美國文獻(xiàn)US2007/018224，這些文獻(xiàn)申請公開的合金雖滿足了可降解要求，但其合金體系含有部分有毒元素或?qū)Νh(huán)境有害元素如鎵、鉛、汞、鉈等。顯然這些材料或合金既存在密度大，又有害，不適合現(xiàn)代采油技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種易溶性鎂合金材料。
[0008]本發(fā)明所要解決的又一個技術(shù)問題是提供一種對環(huán)境友好的易溶性鎂合金材料。
[0009]本發(fā)明所要解決的又一個技術(shù)問題是提供一種易溶性鎂合金材料的制備方法。
[0010]本發(fā)明所要解決的又一個技術(shù)問題是提供一種易溶性鎂合金材料在石油井、油氣井及水井中的應(yīng)用。
[0011]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:包括下述重量百分比例組成:
[0012]Al:0.1%~15.0% ;
[0013]L1:0.01%~10.0% ;
[0014]Ca:0.1%~10.0% ;
[0015]Zn:0.I % ~6.5% ；
[0016]In:0.01%~3. 0% ;
[0017]Ga:。.0%~2.0% ;
[0018]S1:0.1%~1.5% ;
[0019]Mn:0.0%~0.8% ;
[0020]Zr:0.0%~1.0% ;
[0021]Fe:0.016%~1.0% ;
[0022]N1:0.016%~5.0% ;
[0023]Cu:0.15%~5.0% ;
[0024]余量為Mg及不可避免的雜質(zhì)。
[0025]較好的，所述的L1、Ca、Zn、S1、Mn、Zr、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比例的總和控制在0.01%~10.0%。
[0026]較好的，所述的Ca、Zn、S1、Mn、Zr、In, Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.1%~10.0%。
[0027]較好的，所述的L1、Zn、S1、Mn、Zr、In, Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.01%~10.0%。
[0028]較好的，所述的Zn、Mn、S1、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.1%~6.5%。
[0029]較好的，所述的Al、Zn、S1、Mn、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.1 %~15.0%。
[0030]較好的，所述的L1、Ca、Mn、S1、Zr、In, Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.01%~10.0%。
[0031]較好的，所述的L1、Ca、Zn、S1、Zr、In, Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.1%~10.0%。
[0032]較好的，所述的L1、Ca、Zr、S1、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.01%~10.0%。
[0033]較好的，所述的L1、Ca、Zr、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比例總和控制在0.01%~10.0%o
[0034]較好的，所述的L1、Ca、Mn、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.01%~10.0% ；
[0035]較好的，所述的L1、Ca、Zn、Mn、Zr、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.01%~10.0%。
[0036]較好的，所述的L1、Ca、Al、S1、Mn、In, Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比例的總和控制在0.01%~10.0%。
[0037]較好的，所述的Al、Zr、Ca、S1、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.1 %~15.0%。
[0038]較好的，所述的Ca、Mn、Zr、S1、In、Ga中一種或一種以上合金元素重量百分比的總和控制在0.1 %~10.0%。
[0039]本發(fā)明易溶性金屬鎂合金材料用于制造如封堵球及靶鏢等制品，具有易溶或快速降解的技術(shù)特點，如需要，其制品還需進(jìn)行表面處理，以提高抗沖擊、耐磨損、高強度、耐高溫以及高熱疲勞性能。
[0040]本發(fā)明易溶性金屬鎂合金材料主要用于井下環(huán)境以及在酸性、堿性甚至在中性溶液環(huán)境下，具有易腐蝕或易溶或可完全降解，用于被設(shè)計為執(zhí)行臨時性功能或僅是暫時性需要的石油構(gòu)件或井下構(gòu)件。
[0041]在本發(fā)明中，Al能夠提高鎂合金材料的力學(xué)性能，特別是對強度的提高作用最大。但Al量太高鎂合金材料易脆，應(yīng)力腐蝕加劇這有利于易溶或快速降解的技術(shù)效果，Al量太少強度較低，滿足不了耐壓強度要求。綜合優(yōu)化Al量應(yīng)控制在0.1%~15.0%內(nèi)。
[0042]在本發(fā)明中，Li的化學(xué)活性極高，其主要作用是提高鎂合金易溶性，對鎂合金密度降低極為有利。但由于Li化學(xué)活性高，氧化、燃燒、爆炸等危險性極大，易發(fā)生比重偏析；原材料價格高以及熔煉不易控制等問題，一般要少加，優(yōu)選量應(yīng)在0.01%~10.0%。
[0043]在本發(fā)明中，Zn在鎂中作用同鋁，具有固溶和時效的雙重強化作用。Zn的密度大，在有密度控制的使用場合，應(yīng)控制在下限。在本發(fā)明中控制Zn:0.1%~6.5%。
[0044]在本發(fā)明中，Mn的作用是細(xì)化晶粒，并與鐵化合有利于避免鐵形成針、片狀相，對力學(xué)性能提高有利，但錳的比重大對密度控制不利，因此Mn的含量為0.0%~0.8%。
[0045]在本發(fā)明中，Zr的作用是細(xì)化晶粒，其作用機(jī)制不同于錳，兩者不宜同時加入?？刂芞r的含量為0.0%~ 1.0V0o
[0046]在本發(fā)明中，Si能夠提高合金易溶性與鑄造時流動性。形成的Mg2Si相熔點高、密度小與高模量對剛性有利，并且在堿性溶液中易溶性作用更為強烈。在本發(fā)明中控制Si:0.1%~1.5%。
[0047]在本發(fā)明中，Ca的作用是降低合金密度，加速易溶性，改善冶金質(zhì)量以及增強抗氧化性，以及細(xì)化晶粒。優(yōu)選控制Ca:0.1%~10.0%。
[0048]在本發(fā)明中，In的作用是降低合金熔點，增強在酸、堿以及中性溶液中的溶解性，加速易溶或降解速度，但銦密度大對合金密度控制不宜。因此，控制In:0.01%~3.0%。
[0049]在本發(fā)明中，Ga的作用與In相似，但鎵密度大對合金密度控制不宜。因此，控制Ga:0.0%~2.0%。由于Ga有毒盡量少加或不加。
[0050]限于銦與鎵的作用相似性，不宜同時加入。
[0051 ] 在本發(fā)明中，F(xiàn)e作用機(jī)理是提高易溶性，含量高對力學(xué)性能提高無益，對密度控制不利。因此，控制Fe:0.016%~1.0%。
[0052]在本發(fā)明中，Ni的作用機(jī)制同鐵相似，不形成針、棒狀相對力學(xué)性能和高溫性能提高有利，但鎳重價貴。本發(fā)明控制Ni的含量為0.016%~5.0%。
[0053]在本發(fā)明中，Cu的作用是提高易溶性，并提高合金的高溫力學(xué)性能，但銅重價貴。因此，控制Cu:0.15%~5.0%o
[0054]在本發(fā)明中，鎂是化學(xué)活性極高的元素，能夠在酸、堿、鹽以及水中溶解，具有易溶特性，其降解速度很大。因此，在本發(fā)明中鎂是合金中的基體組元，考慮到承壓、耐溫特性以及易溶可控性，需要添加其它組元構(gòu)成合金，其含量受合金化元素加入量及雜質(zhì)元素約束。
[0055]本發(fā)明易溶性鎂合金材料制造方法，不限于熔煉鑄造方法，也可采用粉末冶金的方法制造。其熔煉鑄造方法技術(shù)特點在于包括下列步驟:
[0056]①按配方配料: [0057]按照本發(fā)明的合金配方進(jìn)行精確配料。采用鋁硅、鋁鐵、鋁鎳、鋁銅、鋁錳、鋁鋯中間合金以及純鋁、純鎂、純鋅、純鈣、純鋰、純鎵、純銦的爐料形式，分類進(jìn)行精確配料。
[0058]②熔煉、保護(hù)與精煉:
[0059]對于步驟①完成后，米用工頻感應(yīng)爐溶煉，溶煉時先加招中間合金，后加入純金屬爐料。當(dāng)爐料稍有熔化，應(yīng)關(guān)閉爐蓋通入保護(hù)性氣體或采用保護(hù)性溶劑保護(hù)，以避免鎂液氧化、燃燒。熔化后調(diào)整鎂液溫度為680°C~720V，保溫lh，實現(xiàn)熔清與均溫的目的。
[0060]精煉，調(diào)整鎂液溫度720V~750°C，進(jìn)行精煉處理。注意進(jìn)行均勻的攪動，一方面去除鎂液中渣物和有害氣體，另一方面避免比重偏析。然后靜置10~15分鐘后扒去渣物，準(zhǔn)備澆注。
[0061]③澆注與成形:
[0062]對于步驟②完成后，可以砂型鑄造、金屬模鑄造，也可壓力鑄造、熔模精鑄或擠壓鑄造?？梢灾苯予T造成形，或直接鑄造成形棒坯或管坯，或可再經(jīng)過擠壓或鍛造成形加工獲得產(chǎn)品。根據(jù)不同的鑄造成形方法，澆注溫度控制為:
[0063]砂型鑄造與金屬模鑄造:700°C~740°C ；
[0064]壓力鑄造及熔模精鑄:700°C~720°C。
[0065]④熱處理與機(jī)械加工
[0066]對于步驟③完成后，對于直接鑄造成形產(chǎn)品，熱處理后進(jìn)行少量的機(jī)械加工，達(dá)到要求的尺寸精度與粗糙度。對于直接鑄造成形棒坯或管坯產(chǎn)品，或再經(jīng)過擠壓或鍛造成形加工的產(chǎn)品，熱處理后需要進(jìn)行機(jī)械加工，達(dá)到要求尺寸精度與粗糙度。
[0067]經(jīng)過步驟④所獲得的制品，如封堵球及靶鏢，結(jié)合后續(xù)表面耐腐蝕保護(hù)層技術(shù)，解決承受壓裂作業(yè)耐溫、耐壓以及耐腐蝕要求。壓裂作業(yè)完成后，表面耐腐蝕保護(hù)層應(yīng)徹底喪失，使經(jīng)過步驟④所獲得的制品，如封堵球及靶鏢，能夠在返排作業(yè)規(guī)定時間內(nèi)，如6~8晝夜，最長不超過10晝夜能全部在壓裂液或返排液中溶掉或完全降解掉，溶失產(chǎn)物應(yīng)為粉、或碎粒、或絲條物。
[0068]⑤表面層處理[0069]對于步驟④完成后，直接對產(chǎn)品進(jìn)行表面處理，以滿足耐腐蝕性、抗沖擊性能與表面層高硬度要求，其層厚控制應(yīng)滿足，如在兩個晝夜或50h內(nèi)的耐溫、耐壓、耐蝕要求。
[0070]表面層處理技術(shù)可以采用陽極氧化、微弧氧化或其它化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)，或表面再進(jìn)行有機(jī)涂層或油脂封包，或表面再進(jìn)行金屬鍍膜，或表面再有機(jī)膜涂覆等組合處理。
[0071]較好的，采用微弧氧化處理技術(shù)，必要時可與其它膜組合處理。
[0072]所述的表面耐腐蝕保護(hù)層技術(shù)，如采用微弧氧化處理技術(shù)，其膜厚度控制、硬度控制以及與其組合的其它金屬類或有機(jī)類或無機(jī)類膜厚控制，應(yīng)解決承受壓裂作業(yè)耐溫、耐壓以及耐腐蝕要求。
[0073]所述的表面耐腐蝕保護(hù)層技術(shù)具有減緩或避免經(jīng)過步驟④所獲得的制品，如封堵球及靶鏢在壓裂作業(yè)中過早喪失，而恰好在壓裂作業(yè)完成后其保護(hù)作用應(yīng)徹底喪失的技術(shù)效果。解決制品如封堵球及靶鏢等表面耐腐蝕層技術(shù)，使之在規(guī)定的耐壓作業(yè)時間內(nèi)保持完好或有輕微溶失，而在規(guī)定的返排作業(yè)時間內(nèi)能達(dá)到全部溶失或完全降解的目的。
[0074]所述的微弧氧化處理技術(shù):是在陽極區(qū)產(chǎn)生微弧高壓放電，產(chǎn)生與基體微冶金結(jié)合的具有陶瓷質(zhì)特征的氧化鎂、或部分有氧化鋁晶體和非晶體的微晶混合層，該混合層可大大提高鎂合金制品表面耐磨、耐蝕性能，其抗擦傷、抗沖擊和熱疲勞等性能遠(yuǎn)高于非鉻化和陽極氧化處理技術(shù)。該技術(shù)是在制品表面直接氧化燒結(jié)成氧化物陶瓷層，與基體結(jié)合力高，不易脫落的技術(shù)特點。
[0075]所述其它金屬類或有機(jī)類或無機(jī)類膜主要是增強微弧氧化膜不耐腐蝕的場合，其膜厚控制是根據(jù)使用要求或耐溫保壓作業(yè)要求來確定。 [0076]本發(fā)明易溶鎂合金新材料，不限于采用粉末冶金方法制造，也可采用普通鑄造成形工藝制備制品，并經(jīng)表面層保護(hù)處理，可避免鋼或其它可鉆金屬以及鋁合金因材料密度較大，不易腐蝕不利于返排作業(yè)的缺點；可避免采用復(fù)合材料(MMC)存在易擠碎問題，滿足不了高壓力壓裂作業(yè)要求；可避免采用C纖維、尼龍以及酚醛材料存在難腐蝕問題，而且封堵時球還易被拉長，易造成球座卡堵問題，必須進(jìn)行二次鉆井或磨銑作業(yè)高成本問題。
[0077]采用易溶鎂合金制品，如封堵球及靶鏢等制品使用效果更為優(yōu)越，特別是避免二次鉆井或磨銑作業(yè)高成本問題，使其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性高，簡捷高效與環(huán)保節(jié)能等多重優(yōu)越性。
[0078]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:采用可溶性金屬鎂合金制造封堵球及靶鏢，可以實現(xiàn)在酸性、堿性以及鹽類壓裂液中可溶或可快速短時間內(nèi)完全降解，可以解決或避免二次鉆井或磨銑作業(yè)高成本問題，獲得低成本高效率的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。同時鎂合金密度合適，最高不超過1.8g/cm3，其溶渣或腐蝕產(chǎn)物符合返排作業(yè)技術(shù)要求，可獲得簡捷高效與環(huán)保節(jié)能等多重優(yōu)越性的技術(shù)效果。
[0079]采用易溶鎂合金材料井下制品，替代鋼質(zhì)類、鋁質(zhì)類制品可以避免鉆磨二次加工高能耗高成本問題；替代低熔點高密度易溶或易溶合金類制品可避免不宜返排、環(huán)境污染的技術(shù)難題；替代有機(jī)類材料可避免變形、易卡堵、難降解問題，預(yù)計每口井僅可溶球一項帶來直接效益3萬元，降低開采成本5萬元，節(jié)省開采時間約3-5天，綜合效益20萬元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0080]圖1為實施例1實施例工藝流程圖。
[0081]圖2為實施例1的金屬模鑄造工藝流程圖；[0082]圖3為實施例1的熱處理工藝示意圖；
[0083]圖4為實施例1微弧氧化工藝示意圖；
[0084]圖5為實施例1的制品示意圖；
【具體實施方式】
[0085]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0086]實施例1，本實施例中的易溶性金屬鎂合金材料包括下述重量百分比例組成:
[0087]Al:10.0% ；Li:0.3% ；Ca:0.3% ；Zn:0.2% ；In:0.03% ；Ga:0.0% ；Si:0.1% ；
[0088]Mn:0.8% ；Zr:0.0% ；Fe:0.016% ；N1:0.5% ；Cu:0.15% ;余量為 Mg 及不可避免
的雜質(zhì)。
[0089]結(jié)合圖1所示，本實施例中的易溶性鎂合金材料制造方法，具體包括下列步驟:
[0090]①按配方配料:
[0091]按照本發(fā)明的合金配方進(jìn)行精確稱量配料。采用鋁硅、鋁鐵、鋁鎳、鋁銅、鋁錳中間合金以及純鋁、純鎂、純鋅、純鈣、純鋰、純銦的爐料形式，分類進(jìn)行精確配料。
[0092]②熔煉、保 護(hù)與精煉:
[0093]對于步驟①完成后，采用工頻感應(yīng)爐熔煉，熔煉時先加鋁中間合金，后加入純金屬爐料。當(dāng)爐料稍有熔化，應(yīng)關(guān)閉爐蓋通入0.2vol%~2.0vol% SF6+98vol%~99.8vol%CO2或Ar保護(hù)性氣體保護(hù)，以避免鎂液氧化、燃燒。熔化后調(diào)整鎂液溫度為680°C~720V，保溫lh，實現(xiàn)熔清與均溫的目的。
[0094]精煉，調(diào)整鎂液溫度720V~750°C，進(jìn)行精煉處理。注意進(jìn)行均勻的攪動，一方面去除鎂液中渣物和有害氣體，另一方面避免比重偏析。然后靜置10~15分鐘后扒去渣物，準(zhǔn)備澆注。
[0095]③澆注成形:
[0096]對于步驟②完成后，如采用金屬模鑄造?？梢灾苯予T造成形，或直接鑄造成形棒坯或管坯，或可再經(jīng)過擠壓或鍛造成形加工獲得產(chǎn)品。澆注溫度控制為:700°C~740°C。結(jié)合圖2所示，金屬模鑄造工藝過程:包括模具設(shè)計與制造、預(yù)熱、刷或噴涂料、合模、澆注、開模、取件、清理與檢測。其中，合模、澆注及開模在氣氛保護(hù)下進(jìn)行，
[0097]④熱處理與機(jī)械加工
[0098]對于步驟③完成后，對于直接鑄造成形產(chǎn)品，熱處理后進(jìn)行少量的機(jī)械加工，達(dá)到要求的尺寸精度與粗糙度。對于直接鑄造成形棒坯或管坯產(chǎn)品，或再經(jīng)過擠壓或鍛造成形加工的產(chǎn)品，熱處理后需要進(jìn)行機(jī)械加工，達(dá)到要求尺寸精度與粗糙度，最終的制品可以是球形投放物，也可以采用如圖5所示的投放物。熱處理過程可參見圖3，澆注成型后的制品10放在熱處理爐I內(nèi)進(jìn)行熱處理。
[0099]經(jīng)過步驟④所獲得的制品，如封堵球及靶鏢，結(jié)合后續(xù)表面耐腐蝕保護(hù)層技術(shù)，解決承受壓裂作業(yè)環(huán)境溫度95°C或更高溫度，耐壓70MPa或更高，150MPa的壓裂作業(yè)要求。壓裂作業(yè)完成后，表面耐腐蝕保護(hù)層徹底喪失，使經(jīng)過步驟④所獲得的制品，如封堵球及靶鏢，能夠在返排作業(yè)規(guī)定時間內(nèi)，如6~8晝夜，最長不超過10晝夜能全部在壓裂液或返排液中溶掉或完全降解掉，溶失產(chǎn)物應(yīng)為粉、或碎粒、或絲條物。
[0100]⑤表面層處理[0101]對于步驟④完成后，直接對產(chǎn)品進(jìn)行表面處理，以滿足耐腐蝕性、抗沖擊性能與表面層高硬度要求，其層厚控制應(yīng)滿足，如在兩個晝夜或50h內(nèi)的耐溫、耐壓、耐蝕要求。
[0102]表面層處理技術(shù)可以采用陽極氧化、微弧氧化或其它化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)，或表面再進(jìn)行有機(jī)涂層或油脂封包，或表面再進(jìn)行金屬鍍膜，或表面再有機(jī)膜涂覆等組合處理。
[0103]較好的，采用微弧氧化處理技術(shù)，必要時可與其它膜組合處理。
[0104]表面耐腐蝕保護(hù)層技術(shù)，如采用微弧氧化處理技術(shù)，其膜厚度控制在15~50μπι，硬度控制在HV350~500，以及與與其組合的其它金屬類或有機(jī)類或無機(jī)類膜厚控制在3~25μπι，解決承受壓裂作業(yè)耐溫、耐壓以及耐腐蝕要求。微弧氧化處理過程。參見圖4所示，制品10浸在電解槽2的電解液5里面，并連著正極端，電解槽2連著負(fù)極端，電解槽2外周具有水冷卻盤管4，同時通氣管3通入到電解液5中。
[0105]實施例2~實施例14
[0106]各實施例中的易溶性金屬鎂合金材料包括下述重量百分比例組成:
[0107]表1實施例2~實施例14重量百分比例組成
[0108]
【權(quán)利要求】
1.一種易溶性鎂合金材料，其特征在于包括如下組分及其重量配比:
Al:0.1%~15.0% ；
L1:0.01%~10.0% ；
Ca:0.1%~10.0% ；
Zn:0.1%~6.5% ；
In:0.01%~3.0% ；
Ga:0.0%~2.0% ；
Si:0.1%~1.5% ；
Mn:0.0%~0.8% ；
Zr:0.0%~1.0% ；
Fe:0.016%~1.0% ；
Ni:0.016%~5.0% ；
Cu:0.15%~5.0% ； 余量為Mg及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的易溶性鎂合金材料，其特征在于所述的L1、Ca、Zn、S1、Mn、Zr、In、Ga中一種或一種以上重量百分比總和0.01%~10.0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的易溶性鎂合金材料，其特征在于所述的Al、Zn、S1、Mn、In、Ga中一種或一種以上重量百分比總和0.1%~15.0 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的易溶性鎂合金材料，其特征在于所述的L1、Ca、Al、S1、Mn、In、Ga中一種或一種以上重量百分比總和0.01%~10.0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的易溶性鎂合金材料，其特征在于所述的Al、Zr、Ca、S1、In、Ga中一種或一種以上重量百分比總和0.1%~15.0 %。
6.一種權(quán)利要求1~5任一一種易溶性鎂合金材料的制備方法，其特征在于采用熔煉鑄造或粉末冶金制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述的熔煉鑄造包括如下步驟: ①按配方配料:按照合金配方進(jìn)行精確配料； ②熔煉、保護(hù)與精煉:熔煉時先加鋁中間合金，后加入其他金屬爐料，當(dāng)爐料有熔化時，通入保護(hù)性氣體或采用保護(hù)性溶劑保護(hù)，熔化后調(diào)整鎂液溫度為680°C~720°C，保溫，保溫后調(diào)整鎂液溫度720V~750°C，進(jìn)行精煉處理，均勻攪動，去除鎂液中渣物和有害氣體，靜置10~15分鐘后扒去渣物，待澆注； ③澆注與成形:鑄造或鍛造成形加工獲得產(chǎn)品，澆注溫度控制為:砂型鑄造與金屬模鑄造:700 °C~ 740 0C ； ④熱處理與機(jī)械加工:熱處理后進(jìn)行機(jī)械加工，達(dá)到要求的尺寸精度與粗糙度的制品; ⑤表面層處理:對于步驟④完成后，直接對產(chǎn)品進(jìn)行耐腐蝕性、抗沖擊性及硬度表面處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟④處理后的制品滿足壓裂作業(yè)環(huán)境溫度≥95°C，耐壓≥70MPa，壓裂作業(yè)要求壓力為150MPa。
9.權(quán)利要求1~5任--種易溶性鎂合金材料在石油井、油氣井、水井中作為井下構(gòu)件的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于所述的易溶性鎂合金材料作為封堵球或靶鏢 的應(yīng)用。
【文檔編號】C22C23/00GK104004950SQ201410246486
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】孫帷瀚, 張漢杰 申請人:寧波高新區(qū)融創(chuàng)新材料科技有限公司