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中科院金属所新研发出可溶解于纯水铝合金材料

2016-05-10 11:03:11
作者:本网整理
来源:中科院金属所

人们很难观察到铝在水中溶解,因为铝表面连续而致密的氧化膜阻碍了铝水反应。科研人员围绕铝水反应的一些基本问题开展了系列工作,发现当合金与水接触时界面低熔点相中的铝与水即发生放热反应,同时铝晶粒中的铝原子能够向液态的界面低熔点相中不断扩散,借助低熔点相对铝氧化膜的破坏和对铝原子的传输作用,铝可持续与水反应。

    水力压裂技术是一项应用于低丰度、低渗透油气田的增效开采技术。施工过程中,需采用压裂球和桥塞等工具对不同作业层的施工管柱进行封堵。由普通合金制成的压裂球等工具如果滞留井中,会降低油井产能。日前,记者从中科院金属所获悉,该所已经成功开发出纯水中即可溶解的可溶铝合金材料,并且可调控该合金与水反应的起始温度和在水中的溶解速率。


    人们很难观察到铝在水中溶解,因为铝表面连续而致密的氧化膜阻碍了铝水反应。科研人员围绕铝水反应的一些基本问题开展了系列工作,发现当合金与水接触时界面低熔点相中的铝与水即发生放热反应,同时铝晶粒中的铝原子能够向液态的界面低熔点相中不断扩散,借助低熔点相对铝氧化膜的破坏和对铝原子的传输作用,铝可持续与水反应。


    为了满足可溶铝合金的溶解性能和力学性能,合金中需同时添加低熔点金属和多种强化合金元素。研究人员在大量实验基础上对合金成分进行优化,利用细化合金晶粒和提高铝液质量等途径来改善合金的塑性,采用淬火和时效工艺对合金的综合性能进行调控,最终制备出满足实际工况需求的铝合金材料。该合金维氏硬度接近150,抗压强度满足水力压裂要求。

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    目前,课题组与有关企业合作研发了压裂球、球座和桥塞等多个产品。压裂球已在大庆和长庆等油田获得应用。


 
   延伸阅读:


    铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀性能。硬铝合金属AI—Cu—Mg系,一般含有少量的Mn,可热处理强化。其特点是硬度大,但塑性较差。超硬铝属Al一Cu—Mg—Zn系,可热处理强化,是室温下强度最高的铝合金。但耐腐蚀性差,高温软化快。锻铝合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金,虽然加入元素种类多,但是含量少,因而具有优良的热塑性,适宜锻造,故又称锻造铝合金。

 

 

 

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责任编辑:王元

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标签: 中科院金属所, 铝合金

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