熱處理對Al-Mg-Ga-In-Sn合金微觀(guān)結構和鋁水反應的影響

水力壓裂是目前非常規開(kāi)采油氣田廣泛采用的工藝[1~7] 這種工藝向油管泵入高壓液體(～70 MPa)使巖層產(chǎn)生裂縫以改善油氣的流動(dòng)性，從而提高單井的油氣產(chǎn)量 在壓裂過(guò)程中，需采用坐封工具(壓裂球和橋塞)封堵不同作業(yè)段的管柱 壓裂結束后壓裂球將隨液體返排回地面，而橋塞則用機械鉆銑清除并用液體返排鉆銑屑 用普通合金制成的壓裂球返排困難，而普通合金橋塞因井下條件的限制難以清除，使施工周期延長(cháng)和成本提高 因此，人們用可溶壓裂工具代替傳統不可溶工具 可溶金屬材料，主要有可溶鋁合金和可溶鎂合金[8~11] 可溶鋁合金比可溶鎂合金的硬度大，承壓能力強，適合用于制備壓裂球 可溶鋁合金中的低熔點(diǎn)金屬成分對鋁表面氧化膜的破壞使鋁與水反應而不斷溶解 因為分布在鋁晶粒表面上界面的低熔點(diǎn)相的熔點(diǎn)與合金中低熔點(diǎn)金屬的含量有關(guān)，改變合金中低熔點(diǎn)金屬的含量可調節合金的溶解速率 鎂是強化鋁合金的重要元素，對含鎂鋁合金熱處理可進(jìn)一步強化鋁合金 Park等[12]的研究發(fā)現，固溶和時(shí)效處理的Al-4.01Mg-4.17Ga-0.34In-0.43M(M=Mn、Ti、Bi、Sn、Fe、Si，質(zhì)量分數, %)合金的維氏硬度可達152HV，比鑄態(tài)合金的硬度提高了約50% 除了強化作用，鎂對合金的溶解也有一定的抑制，因為Al-Mg-Ga-In-Sn合金中的Mg與Ga、In、Sn生成了多種晶界相[13, 14] 當合金與水接觸時(shí)，低熔點(diǎn)金屬不斷從這些相中析出并使合金溶解 合金的溶解與Ga、In、Sn從晶界相中析出及晶界處Ga-In、Ga-In-Sn相的形成，有密切的關(guān)系[14] Al-Mg-Ga-In-Sn合金中的低熔點(diǎn)相，除了Mg2Sn(熔點(diǎn)561℃)，還有Mg與Ga、In生成的化合物(Mg5Ga2和MgIn，其熔點(diǎn)分別為423℃和338℃)，其熔點(diǎn)均低于500℃ 如果對Al-Mg-Ga-In-Sn合金進(jìn)行500℃固溶處理以使Mg與Ga、In形成的晶界相熔化，合金中鋁晶粒和晶界相的成分、形態(tài)等必將發(fā)生變化 本文制備不同鎂含量的Al-Mg-Ga-In-Sn合金并對合金進(jìn)行固溶和時(shí)效熱處理，分析合金樣品的顯微結構、觀(guān)察合金腐蝕表面和反應產(chǎn)物的形貌和測試合金表面電勢以及在不同水溫下合金的鋁水反應，研究熱處理對Al-Mg-Ga-In-Sn的微觀(guān)結構和合金鋁水反應的影響 1 實(shí)驗方法 用常壓鑄造制備4組Al-M