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一种高塑性、耐热可溶镁合金及其制备方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-11-08 09:32:02

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 续培文 | 2023-11-08 09:32:02

本发明公开了一种高塑性、耐热可溶镁合金及其制备方法。该镁合金的组分及质量百分比为:Sn 1‑14%、Bi 1‑8%、Ag 1‑5%、Ce 0.1‑5%、Ni 0.1‑5%、Ti 0.1‑5%、Cu 0.1‑5%、Cr 0.05‑5%,其余为Mg和不可避免的杂质元素。合金元素均以高温稳定的中间合金的形式加入,实现了溶质原子的均匀分布与降解速率的可控。采用气体保护电磁熔炼技术制造铸锭,通过电磁搅拌、旋转搅拌和逆向搅拌,实现了大比重元素的定向扩散及铸锭晶粒的细化,同时,通过温度补偿及元素补偿的形式,避免了合金元素沉降的损失。制备出高品质铸锭后,再经过均匀化热处理和近时效温度低温挤压变形,得到在镁基体中均匀弥散分布的合金第二相和溶质原子,以及超细的合金晶粒,从而获得高塑性、耐热可溶镁合金产品。

本发明的目的在于提供一种高塑性、耐热可溶镁合金,该合金材料具有耐热性、高塑性及快速溶解性,可在各种地底开采环境中快速降解、无残留。本发明的另一目的在于提供一种所述高塑性、耐热可溶镁合金的制备方法。为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种高塑性、耐热可溶镁合金,其组分及质量百分比分别为:Sn 1-14%、Bi 1-8%、Ag 1-5%、Ce 0.1-5%、Ni 0.1-5%、Ti 0.1-5%、Cu 0.1-5%、Cr 0.05-5%,其余为Mg和不可避免的杂质元素。在本发明的高塑性、耐热可溶镁合金中,Sn的含量范围优选为2-13%,更优选为4-11%,进一步优选为6-9%。

本发明涉及一种高塑性、耐热可溶镁合金及其制备方法,本发明可用于非常规油气资源分段式勘探和开采领域,属于工业镁合金应用技术领域。

有研工研院主要从事有色金属新材料战略高技术和前沿技术研发,产业化关键技术和行业共性技术开发,中试生产和成果孵化转化。拥有有色金属材料制备加工国家重点实验室、智能传感功能材料国家重点实验室、国家有色金属新能源材料与制品工程技术研究中心、有色金属材料多品种小批量科研生产基地等四个国家级创新平台,担负国家第二批“大众创业、万众创新”示范基地的建设任务。下设有色金属结构材料事业部、先进电子材料事业部、新能源与生态环境材料事业部、特种加工技术与装备事业部和新材料应用技术中心五大研发主体。有研工研院下属单位历史上先后为“两弹一星”、“神舟飞船”、“载人航天”、“探月工程”等国家重点工程和有色金属行业提供了一大批新材料、新工艺、新技术和新设备,为我国有色金属工业体系建立和国防建设提供了强有力的科技支撑。

(1)在本发明中,合金元素均是以具有高温稳定性的中间合金的形式加入,实现了高固溶合金元素对低固溶合金元素的带入,解决了低固溶元素难溶解的问题,同时中间合金在镁液中的慢速、均匀扩散保证了所添加高电极电位元素的均匀分布。

(2)采用电磁搅拌、旋转搅拌和逆向搅拌相结合的方式,细化了合金原始组织晶粒,为后续变形提供了有利的组织基础。

(3)采用低温补偿及元素补偿的方式,保证了所添加高电极电位元素在镁基体中的弥散性,解决了合金元素偏聚严重的问题,减弱了合金中大比重溶质原子的沉淀消耗。

(4)采用近时效温度低温成型的方式,解决了合金在均匀化-挤锻成型过程中表面氧化及溶质原子析出严重的问题,同时低温下变形能够极大细化合金晶粒,从而进一步提升了合金的塑性。

综上,本发明基于中间合金的形式在纯镁中添加锡、铋、银、铈、钛、铜、镍、铬等合金元素,并通过电磁搅拌、旋转搅拌和逆向搅拌相结合,低温补偿、元素补偿及近时效温度低温挤压等方式,使得所制备合金最终具有耐热、高塑性及可溶的特点,所述的镁合金产品工作温度能达到200℃,200℃时合金的抗拉强度大于200MPa,在1 wt.% KCl溶液中,室温下的溶解速率大于55mg/cm2•h,在200℃下的溶解速率大于58mg/cm2•h,延伸率大于20%。此类镁合金具有比传统的AZ系列商业镁合金优越的耐热性能,同时具有非常良好的塑性和可溶性能。可满足不同地底环境下非常规油气资源开采过程中桥塞的使用需求。

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