新聞資訊
金屬所研制出可在純水中溶解的鋁合金材料 屬于一種水力壓裂技術(shù)
壓裂技術(shù)在北美已廣泛應(yīng)用，雖然在我國(guó)也已有近40年的應(yīng)用歷史，但相關(guān)工具仍依靠進(jìn)口，嚴(yán)重限制了我國(guó)石油的增效開(kāi)采。因此,研發(fā)具備可溶功能的壓裂工具對(duì)于保障我國(guó)油田的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)有著十分重要的意義。
金屬所專用材料與器件研究部?jī)?chǔ)氫合金及應(yīng)用課題組利用已有的鋁水反應(yīng)研究基礎(chǔ)研發(fā)出在純水中即可溶解的可溶鋁合金材料，并且可調(diào)控該合金與水反應(yīng)的起始溫度和在水中的溶解速率。
通常，人們很難觀察到鋁在水中溶解，因?yàn)殇X表面連續(xù)而致密的氧化膜阻礙了鋁水反應(yīng)。如果將鋁與一些低熔點(diǎn)金屬（Ga、In、Sn）合金化，則由這些低熔點(diǎn)金屬在鋁晶粒表面上形成的界面低熔點(diǎn)相將破壞鋁表面氧化膜的連續(xù)性。課題組圍繞鋁水反應(yīng)的一些基本問(wèn)題開(kāi)展了系列工作，發(fā)現(xiàn)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)，同時(shí)鋁晶粒中的鋁原子能夠向液態(tài)的界面低熔點(diǎn)相中不斷擴(kuò)散。借助低熔點(diǎn)相對(duì)鋁氧化膜的破壞和對(duì)鋁原子的傳輸作用，鋁可持續(xù)與水反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鋁水反應(yīng)的起始溫度與界面低熔點(diǎn)相的熔點(diǎn)密切相關(guān)，并且界面低熔點(diǎn)相的熔點(diǎn)可通過(guò)合金的成分進(jìn)行調(diào)控，而反應(yīng)速率與覆蓋于鋁晶粒表面上的低熔點(diǎn)相面積成正比。此外，課題組還研究了Cu、Mg、Zn和Ti等其他合金元素對(duì)合金溶解性能的影響，發(fā)現(xiàn)這些金屬對(duì)鋁水反應(yīng)的起始溫度及反應(yīng)速率亦有不同程度的影響。
可溶鋁合金作為結(jié)構(gòu)件使用除了要求具備良好的溶解性能外，還須兼?zhèn)渥銐蚋叩膹?qiáng)度和一定的塑性。為了滿足可溶鋁合金的溶解性能和力學(xué)性能，合金中需同時(shí)添加低熔點(diǎn)金屬（Ga、In、Sn）和多種強(qiáng)化合金元素。但是分布于鋁合金晶界上的低熔點(diǎn)相通常對(duì)合金的強(qiáng)度和塑性不利，尤其是對(duì)塑性損害極大。另一方面，強(qiáng)化合金元素在強(qiáng)化合金的同時(shí)也改變合金的溶解性能。因?yàn)檫@兩類合金元素所發(fā)揮的作用相互制約，所以選擇合適的合金元素種類、含量和比例以平衡溶解性能和力學(xué)性能，對(duì)合金制備至關(guān)重要。研究人員在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)合金成分進(jìn)行優(yōu)化，利用細(xì)化合金晶粒和提高鋁液質(zhì)量等途徑來(lái)改善合金的塑性，采用淬火和時(shí)效工藝對(duì)合金的綜合性能進(jìn)行調(diào)控，最終制備出滿足實(shí)際工況需求的鋁合金材料。
所研發(fā)合金的強(qiáng)度達(dá)350MPa以上，維氏硬度接近150，抗壓強(qiáng)度滿足水力壓裂要求?？扇芎辖鸬匿X水起始反應(yīng)溫度從室溫至85℃范圍內(nèi)可調(diào)，合金的溶解速率亦可根據(jù)不同工況調(diào)整。
與該課題組研制的可溶鋁合金相比，現(xiàn)行的樹(shù)脂和鋁復(fù)合材料類可溶材料雖然在強(qiáng)度上相當(dāng)，但前者需用特制的腐蝕液溶解，后者與水的起始反應(yīng)溫度和在水中的溶解速率均不易調(diào)控，而該合金顯示了優(yōu)異的綜合性能。此外，該合金可采用傳統(tǒng)工藝冶煉和鑄造成型，成本低，易達(dá)高產(chǎn)能，適合大規(guī)模應(yīng)用和推廣。
課題組與有關(guān)企業(yè)合作研發(fā)了壓裂球、球座和橋塞等多個(gè)產(chǎn)品。壓裂球已在大慶和長(zhǎng)慶等油田獲得應(yīng)用，可溶鋁合金橋塞和球座也已通過(guò)大慶的井上實(shí)驗(yàn)測(cè)試。目前全球采用水力壓裂技術(shù)開(kāi)采的油井粗略估計(jì)達(dá)幾十萬(wàn)口，僅大慶就有近萬(wàn)口，對(duì)可溶鋁合金有巨大的市場(chǎng)需求。
作為值得信賴的合作伙伴和高品質(zhì)金屬合金的半成品供應(yīng)商，艾荔艾擁有完善的服務(wù)體系和專業(yè)的團(tuán)隊(duì)。在同客戶交易的過(guò)程中，我們力求根據(jù)不同的應(yīng)用需求將我們的產(chǎn)品做到精益求精。針對(duì)當(dāng)前和未來(lái)的市場(chǎng)需求，艾荔艾致力于為客戶提供最佳的金屬材料解決方案。
AILIAI has been a reliable partner and supplier of sophisticated and high-quality semi-finished products maed of alloys. In dialogue with our customers, we optimise our products to meet the specific application requirements. AILIAI develops the best alloy material solutions for current and future challenges.
獲取更多我們供應(yīng)的合金和服務(wù)信息，請(qǐng)致電086-021-67660801或發(fā)電子郵件kefu@ailiaigroup.com聯(lián)系我們，您也可以通過(guò)微博，微信，領(lǐng)英，XING，臉書(shū)和推特與我們互動(dòng)。
For more information on the alloys and services that we supply,?call us?at 086-021-67660801 or email us at kefu@ailiaigroup.com. You can also get in touch on social media, we are constantly active on?Weibo,?Weixin,?LinkedIn,?XING,?Facebook?and?Twitter.