[发明专利]一种快速溶解具有功能性力学特性镁合金及其制造方法

说明书

本发明公开了一种快速溶解具有功能性力学特性镁合金及其制造方法，其所述镁合金是由两元Mg‑M、三元Mg‑M‑N或多元相平衡构成的合金熔炼而成。由此形成的合金，材料电阻率受控，从而溶解特性可预测，溶解残留物对溶解后续进程无影响。本发明能够快速溶解，溶解速率持续在可预测范围，不会随环境变化而表现异常；且机械性能参数如抗拉伸和/或屈服强度，和/或延伸率得以显著改善，能够完全满足地下复杂环境施工应用中设备不同部位的特别要求。

技术领域

本发明属于金属材料制造的技术领域，特别涉及一种可溶解的金属材料及 其制备方法。

背景技术

在一些特殊施工环境，在人工难于到达的区域，需要送入一些特殊设备完 成工作。工作完成后，由于环境诸方面因素限制，设备无法有效移除。使用可 溶解材料制作则可避免这个限制而直接在环境中讲解消失。因此，要求使用具 有一定机械强度的金属材料，在发挥完它的功能后金属材料本体能在一定环境 介质中迅速降解或完全溶解掉。这些材料多用于人工难于接触或操作的远距离 施工环境如地下工程，采油，采矿工程等。

目前，现有的主要材料则以简单的镁基合金添加一些其他合金元素构成基 本的溶解体系。现有可溶解镁合金技术都是通过选择一些活性金属元素与镁共 同合金化，利用这些合金元素的活性特征在一定介质中溶解。

如专利申请201510915732.8所公开的一种可溶解合金及其制备方法和应 用。以质量百分比计，可溶解合金含有：铝0.5-8.0wt％、硅0.5-6.0wt％、铜 0.4-5.0wt％、锡0.8-6.0wt％、锌0.3-4wt％和余量的镁。上述可溶解合金的制 备方法包括以下步骤：将金属镁、铝、铜、锡和锌熔炼为熔体；将Al-50wt％ Si中间合金加入到上述熔体中，搅拌均匀后浇铸，制得可溶解合金；在满足各 组分配比的前提下，硅是以Al-50wt％Si中间合金的形式加入的。该可溶解合 金可制成的压裂桥塞用于采油工程中。

然而，现有技术的缺陷是：

1)机械性能抗拉伸，屈服强度和延伸率选择性和可调整空间有限，难于完 全满足地下复杂环境施工应用要求。

2)硬度、塑性模量等选择性和可调空间有限，难于满足不同部位对不同物 理性能的特殊要求。

发明内容

基于此，因此本发明的首要目地是提供一种快速溶解具有功能性力学特性 镁合金及其制造方法，该合金材料及制造方法能够快速溶解，溶解速率持续在 可预测范围，不会随环境变化而表现异常；且机械性能参数如抗拉伸和/或屈服 强度，和/或延伸率得以显著改善，能够完全满足地下复杂环境施工应用中设备 不同部位的特别要求。

本发明的另一个目的在于提供一种快速溶解具有功能性力学特性镁合金及 其制造方法，该合金材料及制造方法在合金微观结构上采用两元、三元以及多 元合金相的有效平衡，使合金材料在硬度和/或塑性模量等选择性可调空间加 大，能够完全满足地下复杂环境施工应用中设备不同部位的特别要求，特别能 够用于石油开采勘探过程中的井下作业。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种快速溶解具有功能性力学特性镁合金，其特征在于所述镁合金是由两 元Mg-M、三元Mg-M-N或多元相平衡构成的合金熔炼而成。由此形成的合金， 材料电阻率受控，从而溶解特性可预测，溶解残留物对溶解后续进程无影响。

其中，所述M和N为Mg、Al、Mn、Ca、Zn、Ni、Cu、Zr、Y、Gd、Sr、 Li、La、Ce、Pr、Nd中的任意一种或一种以上的任意组合。

进一步，其中各个成分的用量为：Al:0.1％-10.0％；Mn:0.01％-5.0％；Ca:0.1％-10.0％；Zn:0.1％-15.0％；Ni:0.01％-1.0％；Cu:0.1-3％,Zr:0.0％-1.0％； Y、Gd、Sr、Li、La、Ce、Pr、Nd构成稀土元素，稀土元素用量为：0.5-15％； 余量为Mg。