[发明专利]一种颗粒增强无铟可溶铝基复合材料制备方法

说明书

本发明涉及一种颗粒增强无铟可溶铝基复合材料制备方法。所述的外加复合制备的铝基SiC复合材料中Al含量为50‑98wt.％，Zn含量为1‑30wt.％，Sn含量为0.1‑10wt.％，Ga含量为0.1‑5wt.％，SiC颗粒含量为1％‑30％，颗粒尺寸为500nm‑2μm。本发明通过将SiC颗粒加入至均匀熔体中，通过机械搅拌和超声振动，使得SiC在铝合金熔体中分布均匀。经过本发明处理后的可溶解铝基在复合材料更为细化并具有优良的力学性能和机械性能，并且能够有效提高可溶材料溶解性，能够获得一种高强可溶解SiC铝基复合材料，使其在油气田采油施工过程中获得广泛应用。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别涉及一种颗粒增强无铟可溶铝基复合材料制备方法。

背景技术

近年来，在油气工业中常采用水力化裂工艺进行油气的有效开采，该工艺中要使用大量的井下工具，如滑套、套管以及桥塞等。而当压裂完成后，所有工具必须通过打碎或钻磨方式进行回收，以保障井筒畅通。如果这些工具中可全部或部分的被可溶解材料所代替，在使用完成后就地溶解，无需回收，即可大大提升石油开采的效率，降低生产成本。在我国已探明的储量中，低渗透油藏储量的比例很高，约占全国储量的2/3以上，开发潜力巨大，但对于低渗透油田很容易出现设备腐蚀等问题，为控制井筒腐蚀、结垢、结蜡等问题需要添加阻垢药剂。如阻垢药筒隔板使用可溶材料，可溶材料接触油水介质后缓慢溶解，可分段释放加药筒中的阻垢药剂块，实现长期加注。总体而言，可溶材料在油气工业中具有中广阔的应用前景。对于井下可溶材料，需要其具有一定的腐蚀速率，均匀腐蚀，腐蚀产物易脱落，且具有一定的耐压能力。

铝合金成形相对较易，成本较低，因此对于可溶铝合金的研究具有重要的商业价值。目前可溶铝合金中多采用添加In元素提高腐蚀速率，但In等合金元素价格昂贵，且对人类和环境存在危害，不符合低能耗、低污染(绿色、低碳)为基础的经济发展模式，因此，开发无铟体系可溶铝合金材料成为发展趋势。增强相的加入也可影响铝合金的腐蚀行为，增强相的存在可破坏氧化膜的连续性，并且基体与增强相之间的电位差可能引起电化学腐蚀。而增强相亦会影响基体合金微观组织及第二相分布，进而影响合金腐蚀行为，晶粒细化后位错增加，高的位错可使得合金自腐蚀速率加快。

目前尚未有系统地通过向Al-Zn-Sn-Ga合金中通过外加复合法以获得无铟可溶铝基复合材料的研究。

发明内容

本发明的目的在于利用外加复合法以获得无铟可溶铝基复合材料。

一种外加复合法以获得无铟可溶铝基复合材料，即通过将SiC颗粒加入到均匀的铝合金熔体中，通过机械搅拌及超声波振动，在铝合金熔体中生成分布均匀的SiC，从而制备出SiC增强可溶解铝基复合材料，使其具有良好的力学性能和溶解性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

首先，将纯铝锭(纯度99.99％)放入井式电阻炉中，熔炼温度为680-800℃，使之熔融成为铝液。

其次，向熔融的铝液按质量百分比依次加入Zn、Sn、Ga等元素并充分搅拌，材料的组成成分比为：Al：50-98wt.％，Zn：1-30wt.％，Sn：0.1-10wt.％，Ga：0.1-5wt.％。在680-800℃下保温静置1-2h，使之成为均匀熔体。

再次，将1-25wt.％尺寸为50nm-2μm的SiC颗粒在280-350℃干燥1-2h，用铝箔包裹加入至均匀熔体中，同时用石墨搅拌器搅拌3-10min。

最后将超声变幅杆预热至熔体同样温度，讲变幅杆深入到熔体液下100mm处对熔体施加超声作用，超声功率为400-1000W，超声时间为0.1-30min，超声结束将熔体于680-800℃时浇注至石墨铸型中，得到一种颗粒增强无铟可溶铝基复合材料制备方法。

本发明的有益效果：