油气田开发用可降解铝合金热处理工艺研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cj304465902
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Al-Ga合金因其可降解性而在油气田开发中具有潜在应用价值。但铸态Al-Ga合金塑性差,机加工(冷加工)困难且因遇水降解而导致机加工成本高、消耗材料。因此,本文目标是探寻铸态Al-Ga棒材热挤压成型管材的工艺途径,研究内容包括Al-Ga合金热处理工艺的优选和热挤压后降解性能的研究。首先,对Al-8.5Mg-6Ga-5.8Sn合金(棒材)分别进行固溶+时效处理、均匀化退火处理,并分析热处理前后组织、性能变化;其次,棒材热挤压加工管材,分析降解性能及降解产物变化。论文的主要研究结果如下:(1)对各类状态下Al-Mg-Ga-Sn合金的组织和性能进行分析。结果表明:铸态合金与热处理后合金均含有黑色Alss相、亮白色Mg2Sn相和浅灰色Mg-Ga金属间化合物,铸态、退火态和热挤压态合金还含有Sn单质。随着固溶温度提高与保温时间的延长,固溶态合金第二相含量逐渐减少,由鱼骨状变为点状。随着均匀化温度和保温时间增加,退火态合金中枝晶逐渐消失,浅灰色Ga5Mg2相不断溶于Alss中;热挤压态合金平行挤压方向的第二相呈纤维状均匀分布在Al基体上,枝晶偏析得到较大改善,而垂直挤压方向的第二相破碎且分布不均匀。(2)借助维氏硬度计和高温硬度计测试各类状态下Al-Mg-Ga-Sn合金的硬度。结果表明:通过热处理工艺减少铸态合金偏析相,使晶粒尺寸变小,导致硬度提高。不断提高亮白相占比,有助于利用Mg2Sn相偏聚在晶界上来强化合金。高温硬度测试选出适合铸态合金的挤压温度为290℃,此时硬度为81.6 HV。管状热挤压态合金从内壁到外壁硬度逐渐降低,最高硬度为126.2 HV。(3)使用电子恒温不锈钢水浴锅和电化学工作站测试各类状态下Al-Mg-Ga-Sn合金在70℃下2%KCl溶液中的降解速率和室温下的极化曲线。结果表明:降解速率快慢的顺序为热挤压态>铸态>退火态>固溶态;合金组织中第二相含量越高,晶粒越粗,其降解速率越快。退火态和固溶态合金腐蚀电位发生正移,热挤压态合金相对负移,电阻随腐蚀电位负移而变小。热挤压态合金降解速率可达7.45 g/h·cm~2,腐蚀电位负移至-1.495 V。(4)对热挤压态Al-Mg-Ga-Sn合金70℃下与H2O、2%KCl和2%Na Cl溶液反应后的降解产物成分和腐蚀形貌进行分析。该合金产物主要为Al O(OH)(勃姆石)和Al(OH)3,还有Sn和Ga单质存在。由于Alss与Mg2Sn相之间形成的微电池效应加快合金的腐蚀速率,腐蚀坑由第二相处向周围扩散。
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