一種于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解的鋁基合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解鋁基合金材料及其制備方法，該合金由90wt.％～94wt.％的Al、1.8wt.％～4.8wt.％的低熔點(diǎn)金屬以及2.5wt.％～7.6wt.％的強(qiáng)化鋁合金元素組成；低熔點(diǎn)金屬為Ga、In、Sn和Bi、Pb，其中Ga、In、Sn為合金中必備元素，合金可加入Bi和Pb中的一種或多種，但Pb含量不能超過(guò)0.3wt.％；強(qiáng)化鋁合金的元素為Ti、Cu、Fe、Mg、Zn、Mn、Si、Li、Zr、Y和Gd中的一種或多種，其中Cu和Mg為合金中必備元素。本發(fā)明所述合金在常壓下冶煉，然后澆鑄于模具中以制成鑄件，經(jīng)固溶和時(shí)效處理后形成產(chǎn)品。所得產(chǎn)品在水及水介質(zhì)環(huán)境中的起始反應(yīng)溫度和溶解速率均可調(diào)控。且合金的強(qiáng)度大，可用于制備井下可溶工具，所制備工具在高溫和高壓的含水環(huán)境中可自行分解。
【專利說(shuō)明】
一種于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解的鋁基合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金材料領(lǐng)域，為制備于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解的井下工具提供 一種鋁合金及其制備方法，可溶鋁合金產(chǎn)品可用于制備石油鉆井的壓裂工具。
【背景技術(shù)】
[0002] 水力壓裂技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用于低豐度、低滲透油氣田的增效開采技術(shù)。該技術(shù)通過(guò) 向井內(nèi)注入較高壓力（~70MPa)的壓裂液將地層壓裂，利用壓裂液中的支撐劑充填裂縫來(lái) 改變油氣的滲流方式以實(shí)現(xiàn)油氣的增產(chǎn)。為了給管柱內(nèi)的壓裂液施加壓力，施工過(guò)程中采 用壓裂球和橋塞等工具對(duì)不同作業(yè)層的施工管柱進(jìn)行封堵，然后自下而上逐級(jí)壓裂。
[0003] 由普通合金制成的壓裂球等工具因滯留井中降低了油井的產(chǎn)能，而壓裂球一旦卡 在封隔器上則需用特殊工具切削，既延長(zhǎng)了施工周期又提高了施工成本。針對(duì)上述問(wèn)題，眾 多石油公司研發(fā)了于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解的壓裂工具，如：由樹脂、鎂或鋁復(fù)合材料制 備的壓裂球，而可溶解的橋塞和球座等工具尚未開發(fā)出來(lái)。
[0004] 在壓裂施工過(guò)程中油管內(nèi)的水壓接近70MPa，因此可溶工具要求具備足夠高的強(qiáng) 度及一定的塑性。壓裂前油管內(nèi)的水溫較低，但壓裂后水溫可升至50°C以上。所以，壓裂前 可溶合金必須不溶解，而壓裂后合金方可溶解。另外，于施工結(jié)束后合金需要在一定的時(shí)間 內(nèi)完全溶解，這要求合金還要具備一定的溶解速率。因此，可溶鋁合金作為結(jié)構(gòu)件使用除了 要求具備足夠高的強(qiáng)度和一定的塑性外，還須兼?zhèn)淞己玫娜芙庑阅?，即合金的起始反?yīng)溫 度和溶解速率均可調(diào)控。
[0005] 鋁表面存在一層極薄的致密氧化膜是導(dǎo)致鋁不與水反應(yīng)的根本原因。如果將鋁與 一些低熔點(diǎn)金屬(Ga、In、Sn)合金化，由這些低熔點(diǎn)金屬在鋁晶粒表面上形成的界面低熔點(diǎn) 相可破壞鋁表面氧化膜的連續(xù)性。當(dāng)合金與水接觸時(shí)界面低熔點(diǎn)相中的鋁與水即發(fā)生放熱 反應(yīng)，利用鋁晶粒中的鋁原子能夠向液態(tài)界面低熔點(diǎn)相中不斷擴(kuò)散，鋁便可持續(xù)與水反應(yīng)。
[0006] 為了滿足可溶鋁合金的溶解性能和力學(xué)性能，合金中同時(shí)添加了低熔點(diǎn)金屬(Ga、 In、Sn)和多種強(qiáng)化合金元素。固溶和時(shí)效工藝可改變合金的晶粒和界面相的結(jié)構(gòu)，利用熱 處理工藝亦可調(diào)控鋁合金綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明公開了一種于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解鋁基合金材料及其制備方法，所述 合金可采用傳統(tǒng)的鑄造工藝制備，該工藝產(chǎn)量大且效率高。鑄件可根據(jù)需求制成各種形狀， 減小了后續(xù)產(chǎn)品的機(jī)械加工量。該可溶解鋁基合金具備良好的溶解性能和力學(xué)性能，適于 制備井下可溶壓裂工具。
[0008] 本發(fā)明具體提供了一種于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解的鋁基合金，其特征在于:所 述合金由90wt · %~94wt · %的Al、1 · 8wt · %~4 · 8wt · %的低恪點(diǎn)金屬以及2 · 5wt · %~ 7.6wt. %的強(qiáng)化鋁合金元素組成;其中，低熔點(diǎn)金屬的最佳組合為為Ga、In和Sn三種；強(qiáng)化 錯(cuò)合金元素為Cu和Mg。
[0009] 本發(fā)明所述鋁基合金，其特征在于:所述低熔點(diǎn)金屬中Ga、In和Sn的重量比為:Ga: In:Sn=(60~70):(20~30):(10~20)。
[0010] 本發(fā)明所述鋁基合金，其特征在于:所述低熔點(diǎn)金屬還包括Bi和/或Pb，其中Pb的 含量不超過(guò)〇.3wt. % ;所述強(qiáng)化錯(cuò)合金元素還包括11、？6、211、]\111、5;[、1^、21'、￥和6(1之一種或 多種。
[0011] 本發(fā)明所述鋁基合金，其特征在于:所述鋁基合金的優(yōu)選成分以及最佳配比為重 量比厶1:6&:111:511:〇1:]\%:11 = (90~94):(1.5~3):(0.2~0.8):(0.2~0.5):(1~2.4): (1.5~5):(0.02~0.2)。
[0012] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，加入低熔點(diǎn)金屬是為了阻止鋁晶粒表面上形成氧化 膜，促使鋁與水持續(xù)反應(yīng)。加入強(qiáng)化鋁合金元素是為了強(qiáng)化鋁合金，并改善合金的塑性。本 發(fā)明所述錯(cuò)基合金包含A1固溶體和Ga-In、Ga-Sn、Ga-In-Sn共晶及金屬間化合物，主要依靠 鋁與水的反應(yīng)來(lái)溶解，在水及水介質(zhì)環(huán)境中的起始反應(yīng)溫度和溶解速率均可調(diào)控，以滿足 不同工況的施工要求。
[0013] 本發(fā)明還提供了所述鋁基合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0014] (a)、多元鋁合金的熔煉:將鋁、含有強(qiáng)化鋁合金元素的中間合金以及低熔點(diǎn)金屬 根據(jù)合金成分配制合金;合金在常壓下熔煉，鋁液表面覆蓋造渣劑;熔煉期間向鋁液中加入 鋁鈦硼合金以細(xì)化合金晶粒(Ti在鋁合金中的成分優(yōu)選為0.02wt. %~0.2wt. % )，熔煉后 期鋁液經(jīng)精煉處理。
[0015] (b)、多元鋁合金的澆鑄成型：將鋁液澆于鑄模具中制成各種形狀的鑄件，包括： 球、棒，管，楔形等;鋁液可采用傾轉(zhuǎn)澆鑄和低壓鑄造的方式成型。
[0016] (C)、鑄件經(jīng)固溶和時(shí)效形成產(chǎn)品：所述鑄件的淬火溫度為470°C~510°C，時(shí)間為1 ~2小時(shí)；時(shí)效溫度為160 °C~190 °C，時(shí)間為14~20小時(shí)。其中，淬火溫度為490 °C，時(shí)間為 1.5小時(shí);時(shí)效溫度為180°C，時(shí)間為16小時(shí)的條件下，合金的強(qiáng)度大且塑性好。
[0017]該工藝方法產(chǎn)量大且效率高，后續(xù)產(chǎn)品的機(jī)械加工量小，后續(xù)固溶和時(shí)效處理在 調(diào)節(jié)合金的溶解性能(溶解起始溫度和溶解速率)的同時(shí)，可進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度。按照 該方法制備的可溶鋁基合金其屈服強(qiáng)度可達(dá)300MPa以上，維氏硬度在130以上。
[0018] 本發(fā)明所述錯(cuò)基合金，其特征在于:通過(guò)調(diào)節(jié)合金中低恪點(diǎn)金屬和強(qiáng)化錯(cuò)合金元 素的含量來(lái)控制鋁與水的起始反應(yīng)溫度和溶解速率，其中起始反應(yīng)溫度在50 °C_85°C范圍， 合金的溶解速率在〇. lg/h-10g/h。
[0019] 本發(fā)明所述鋁基合金在水及水介質(zhì)環(huán)境中的起始反應(yīng)溫度和溶解速率均可調(diào)控， 可用于制備多種石油井下壓裂工具，包括:壓裂球、橋塞、壓裂球座等，這些工具在溫度較高 的含水環(huán)境中可自行分解。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1 AlinMgsCmSit^Tio.iGauImSno.s鋁合金的微觀形貌和界面相的成分。
[0021] 圖2 AlinMgsCmSit^Tio.iGauImSno.s鋁合金在室溫的壓縮曲線。
[0022] 圖3 AlinMgsCmSit^Tio.iGauImSno.s鋁合金在90°C水中的溶解量與時(shí)間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如未特殊說(shuō)明，本發(fā)明所涉及的硬度均指維氏硬度。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 按合金AlinMgsCmSio.mo.iGaDimSno.s的質(zhì)量比準(zhǔn)確稱取各金屬，用坩堝熔煉爐 先熔化鋁，合金的熔煉溫度為730°C。待加入的其他金屬熔化，在鋁液表面撒上一層清渣覆 蓋劑(KC1和MgCl的混合物）。按Ti含量O.lwt.%加入鋁鈦硼(Al94Ti5B)晶粒細(xì)化劑后，對(duì)鋁 液進(jìn)行15分鐘精煉處理。鋁液靜置一段時(shí)間后，去除鋁液表面的氧化渣。將鋁液澆鑄于模具 中，待鋁液完全凝固后，將鑄態(tài)合金放入淬火爐中加熱至490°C并保溫1.5小時(shí)。取出合金于 油中淬火，淬火后鑄件在時(shí)效爐中于180 °C保溫16小時(shí)。
[0026] 通過(guò)斷口形貌測(cè)得合金的平均晶粒尺寸為84μπι，界面相中主要包含Al、Ga、Sn或 Al、Ga、In(圖1)。合金壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為320MPa，在變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂（圖2)。 用維氏硬度儀在200g載荷下測(cè)得合金的硬度值為140。合金在純水中于64°C時(shí)開始與水反 應(yīng)。樣品尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速率為1.5g/h(圖3，表1)。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlgoMgACuAio.mo.iGauIno.sSnoj合金。淬火溫度470°C， 保溫1.2小時(shí)。合金于油中淬火，淬火后鑄件的時(shí)效溫度為160°C保溫18小時(shí)。合金的屈服強(qiáng) 度為332MPa，變形量超過(guò)25 %時(shí)合金未斷裂。合金在200g載荷下的硬度值為158。
[0029] 合金在58°C開始與水反應(yīng)，尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速率 為2.4g/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的強(qiáng)度降低，起始反應(yīng)溫度變低，溶解速率變小。
[0030] 實(shí)施例3
[0031] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlinMg^CmGasImSno.s合金。合金的淬火溫度470°C，保溫 1.8小時(shí)。時(shí)效溫度為190°C，保溫18小時(shí)。合金壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為305MPa，變形量超過(guò) 25 %時(shí)合金未斷裂。合金在200g載荷下的硬度值為130。
[0032] 合金在50°C開始與水反應(yīng)，尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速率 為6.6g/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的屈服強(qiáng)度和硬度均大幅減小，起始反應(yīng)溫度降 低，而溶解速率增大。
[0033] 實(shí)施例4
[0034] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlinMg^CmGasImSno.s合金。與實(shí)施例3中的熱處理?xiàng)l件 不同，合金的淬火溫度490°C，保溫1.5小時(shí)。時(shí)效溫度為180°C，保溫16小時(shí)。合金壓縮時(shí)的 屈服強(qiáng)度為326MPa，變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。在200g載荷下合金的硬度值為145。 [0035] 合金在純水中于60°C時(shí)開始與水反應(yīng)。尺寸為2cm的正方體合金于90°C水溫的平 均溶解速率為2.4g/h(表1)。該合金較實(shí)施例3中合金的屈服強(qiáng)度增大，起始反應(yīng)溫度明顯 升高，而溶解速率減小。
[0036] 實(shí)施例5
[0037] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備六190.5]\^4.5(^123；[().11'；[().16&2111().5311().3合金。合金的淬火溫 度490°C，保溫1.5小時(shí)。時(shí)效溫度為180°C，保溫16小時(shí)。合金壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為365MPa， 變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。在200g載荷下合金的硬度值為175。
[0038] 合金在純水中于79°C時(shí)開始與水反應(yīng)。尺寸為2cm的正方體合金于90°C水溫的平 均溶解速率為〇. 8g/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的屈服強(qiáng)度增大，起始反應(yīng)溫度明顯 升高，但溶解速率減小。
[0039] 實(shí)施例6
[0040] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlinMgACudn^Tio.iGauIno.sSnto合金。合金的淬火溫度 490 °C，保溫1.5小時(shí)。時(shí)效溫度為180 °C，保溫16小時(shí)。合金壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為360MPa，變 形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。合金的硬度值為172。
[00411 合金于75°C時(shí)開始與水反應(yīng)。尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速 率為1. lg/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的起始反應(yīng)溫度升高，溶解速率變慢，屈服強(qiáng)度 和硬度值大幅提高。
[0042] 實(shí)施例7
[0043] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備六191]\%4〇1121'；[().()56&1.8111().7311().45合金，該合金中1'；[含量按 0.05wt. %加入。合金的淬火溫度490°C，保溫1.5小時(shí)。時(shí)效溫度為180°C，保溫16小時(shí)。合金 壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為352MPa，變形量超過(guò)25 %時(shí)合金未斷裂。合金在200g載荷下的硬度值 為 165。
[0044] 合金在76°C時(shí)開始與水反應(yīng)。尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速 率為0.9g/h(表1)。該合金較實(shí)施例6中合金的溶解性能變化不大，但屈服強(qiáng)度和硬度降低。
[0045] 實(shí)施例8
[0046] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlinMgACudn^Tio.iGauIno.sSnto合金。合金淬火溫度降 到470°C，保溫時(shí)間1小時(shí)，時(shí)效溫度和時(shí)間不變。
[0047] 合金壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為312MPa，變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。合金在200g載 荷下的硬度值為136。
[0048] 合金在52°C時(shí)開始與水反應(yīng)，尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速 率為2.8g/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的起始反應(yīng)溫度略低，溶解速率變大。合金的屈 服強(qiáng)度和硬度值略減小。
[0049] 實(shí)施例9
[0050]重復(fù)實(shí)施例 1 的過(guò)程制備 Al93Mg2.5Cui.5Zr〇.iTi().2Y().iGai.6ln().6Sn().4 合金。合金的淬 火溫度490°C，保溫1.5小時(shí)。時(shí)效溫度為180°C，保溫16小時(shí)。壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為315MPa， 變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。合金在200g載荷下的硬度值為139。
[00511 合金在84°C時(shí)開始與水反應(yīng)，尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速 率為0.6g/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的屈服強(qiáng)度和硬度值均略微降低，但起始反應(yīng) 溫度顯著提高，溶解速率明顯變小。
[0052] 實(shí)施例10
[0053] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備Al93Mg2.7Cui.5TiQ.2Gai.5ln〇.6Sn().3Pb().2合金。合金的淬火溫 度490°C，保溫1.5小時(shí)。時(shí)效溫度為180°C，保溫16小時(shí)。合金壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為32IMPa， 變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。合金在200g載荷下的硬度值為143。
[0054] 合金在50°C時(shí)開始與水反應(yīng)，尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速 率為4.5g/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的屈服強(qiáng)度和硬度相近，但起始反應(yīng)溫度顯著 降低，且溶解速率明顯增大。
[0055] 實(shí)施例11
[0056] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備Al9iMg4.7Cu2Zr〇.i5Ti().i5Gai.5ln().3Sn().2合金。合金的淬火溫 度490°C，保溫1.5小時(shí)。時(shí)效溫度為180°C，保溫16小時(shí)。合金壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度為358MPa， 變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。合金在200g載荷下的硬度值為172。
[0057] 合金在86°C時(shí)開始與水反應(yīng)，尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速 率為0.1 g/h (表1)。在90 °C濃度0. lmo 1 %的KC1溶液中合金的溶解速率為2.8g/h (表1)。該合 金較實(shí)施例1中合金的屈服強(qiáng)度和硬度均大幅度提高，起始反應(yīng)溫度亦升高。合金在水中的 溶解非常慢，但在鹽溶液中溶解速率大幅提高。
[0058] 實(shí)施例12
[0059] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備Al94Mgi.5Cu2.3Zr〇.iTi().iGai.4ln().4Sn().2合金。合金壓縮時(shí)的 屈服強(qiáng)度為327MPa，變形量超過(guò)25%時(shí)合金未斷裂。合金在200g載荷下的硬度值為148。 [0060] 合金在72°C時(shí)開始與水反應(yīng)，尺寸為2cm的正方體合金在90°C水溫的平均溶解速 率為0.4g/h(表1)。該合金較實(shí)施例1中合金的屈服強(qiáng)度和硬度略微增大，起始反應(yīng)溫度升 高，但溶解速率明顯減小。
[0061 ] 對(duì)比例1
[0062] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlinMg^CuuTio.iGasIm合金并對(duì)合金熱處理。在測(cè)試的 水溫范圍內(nèi)合金不與水反應(yīng)(表1)，這是由于合金中僅含Ga和In而沒(méi)添加 Sn的緣故。
[0063] 對(duì)比例2
[0064] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備Ali^MgsCmZro.iTio.iGauSm.s合金并對(duì)合金熱處理。在測(cè) 試的水溫范圍內(nèi)合金不與水反應(yīng)(表1)，這是由于合金中僅含Ga和Sn而沒(méi)添加 In的緣故。
[0065] 對(duì)比例3
[0066] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlgsMgACuuTio.iGauIno.sSnu合金并對(duì)合金熱處理。在 測(cè)試的水溫范圍內(nèi)合金不與水反應(yīng)(表1)，這是由于合金中低熔點(diǎn)金屬含量不足的緣故。
[0067] 對(duì)比例4
[0068] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AhoMgiCmZro. iTio. 5Sm. 3合金并對(duì)合金熱處理。合 金在20°C即與水反應(yīng)(表1)。合金中低熔點(diǎn)金屬含量過(guò)高，導(dǎo)致起始反應(yīng)溫度過(guò)低。
[0069] 對(duì)比例5
[0070] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AUgsCm.sZro.mo.iGauIrnSno.s合金，但合金未經(jīng)固溶 和時(shí)效處理。合金在25 °C與純水反應(yīng)。屈服強(qiáng)度為200MPa，硬度小于85,即合金的屈服強(qiáng)度 和起始反應(yīng)溫度過(guò)低。
[0071] 對(duì)比例6
[0072] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備Al92Mg3CuiZr〇.iTi().iGa2.2ln().8Sn().3Pb().5合金并對(duì)合金熱 處理。合金在15°C時(shí)開始與水反應(yīng)。雖然該合金較實(shí)施例1中合金的力學(xué)性能變化不大，其 起始反應(yīng)溫度過(guò)低，且溶解速率過(guò)大。
[0073] 對(duì)比例7
[0074] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備Al93Mg3CuiZr〇.〇9Ti().()iGai.7ln().8Sn().4合金并對(duì)合金熱處 理，但合金按Ti含量0.01 wt. %加入晶粒細(xì)化劑。該合金較實(shí)施例1中合金的溶解性能變化 不大，但屈服強(qiáng)度和硬度明顯減小。
[0075] 對(duì)比例8
[0076] 重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程制備AlinMgsCmGauImSno』合金，合金未添加晶粒細(xì)化劑并對(duì) 合金熱處理。該合金較對(duì)比例7中合金的溶解性能變化不大，屈服強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步減小。 [0077]表1可溶鋁合金溶解性能和力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果
[0079] A:在KC1水溶液中；X :與水不反應(yīng)
[0080]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種于水及水介質(zhì)環(huán)境中可溶解的鋁基合金，其特征在于：所述合金由90wt. %~ 94wt. %的Al、l .8wt. %~4.8wt. %的低恪點(diǎn)金屬以及2.5wt. %~7.6wt. %的強(qiáng)化錯(cuò)合金 元素組成;其中，低熔點(diǎn)金屬為Ga、In和Sn;強(qiáng)化鋁合金元素為Cu和Mg。2. 按照權(quán)利要求1所述鋁基合金，其特征在于:所述低熔點(diǎn)金屬中Ga、In和Sn的重量比 為：Ga: In:Sn= (60~70): (20~30): (10~20)。3. 按照權(quán)利要求1所述鋁基合金，其特征在于:所述低熔點(diǎn)金屬還包括Bi和/或Pb，其中 Pb的含量不超過(guò)0.3wt. % ;所述強(qiáng)化鋁合金元素還包括Ti、Fe、Zn、Mn、Si、Li、Zr、Y和Gd之一 種或多種。4. 按照權(quán)利要求3所述鋁基合金，其特征在于:所述強(qiáng)化鋁合金元素還包括Ti。5. 按照權(quán)利要求4所述鋁基合金，其特征在于:所述鋁基合金的成分以及配比為重量比 Al:Ga:In:Sn:Cu:Mg:Ti=(90~94):(1.5~3):(0.2~0.8):(0.2~0.5):(1~2.4):(1.5~ 5):(0.02~0.2)。6. 按照權(quán)利要求1~5任一所述鋁基合金，其特征在于:所述鋁基合金包含Al固溶體和 Ga-In、Ga-Sn、Ga-In-Sn共晶及金屬間化合物。7. -種權(quán)利要求1~5任一所述鋁基合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (a) 、多元鋁合金的熔煉:將鋁、含有強(qiáng)化鋁合金元素的中間合金以及低熔點(diǎn)金屬根據(jù) 合金成分配制合金;合金在常壓下熔煉，鋁液表面覆蓋造渣劑;熔煉期間向鋁液中加入鋁鈦 硼合金以細(xì)化合金晶粒，熔煉后期鋁液經(jīng)精煉處理； (b) 、多元鋁合金的澆鑄成型:將鋁液澆于鑄模具中制成鑄件； (c )、鑄件經(jīng)固溶和時(shí)效形成產(chǎn)品。8. 按照權(quán)利要求7所述鋁基合金的制備方法，其特征在于:所述鑄件的固溶溫度為470 °C~510 °C，時(shí)間為1~2小時(shí);時(shí)效溫度為16 0 °C~19 0 °C，時(shí)間為14~2 0小時(shí)。9. 按照權(quán)利要求7所述鋁基合金，其特征在于:所制備得到的鋁基合金在水及水介質(zhì)環(huán) 境中的起始反應(yīng)溫度和溶解速率均可調(diào)控，其中起始反應(yīng)溫度在50°C_85°C范圍，合金的溶 解速率在0. lg/h-10g/h范圍。10. -種權(quán)利要求1所述鋁基合金制備石油井下壓裂工具的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C22C21/00GK105950920SQ201610327671
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】汪偉, 陳德敏, 陳偉, 杜邦登, 楊柯
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院金屬研究所