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合金鋁管兼?zhèn)渥銐蚋叩膹姸?nbsp;
可溶鋁合金壓裂工具在油氣田開采所采用的水力壓裂技術(shù)中有著十分重要的應(yīng)用�？扇茕X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)渥銐蚋叩膹姸群鸵欢ǖ乃苄浴Ｒ虼?合金中添加強化合金元素、熱處理以及細化合金晶粒等手段雖然能改善合金的力學(xué)性能,但是上述手段在改善合金力學(xué)性能的同時,無疑對合金的溶解性能也產(chǎn)生巨大影響。其中比較突出的問題是合金加入的Mg與低熔點金屬生成了多種晶界相使得適用于Al-Ga-In-Sn合金的液態(tài)界面相機理已不適用于含Mg合金。晶界相的溶解與晶界相與基體間的電位差及晶界相化學(xué)鍵的類型有關(guān)。固溶于鋁晶格中的Mg和Ga含量可改變鋁基體電位,即改變晶界相與基體間的電位差。含鎂多元鋁合金中晶界相與鋁基體間的電位差（AVPD）與晶界相晶體中類s態(tài)電子的能量密度有關(guān)。Mg2Sn、MgIn、Mg2Ga及Mg5Ga2相晶體中類s態(tài)電子的能量密度依次降低,故晶界相與鋁基體間A.VPD的絕對值按Mg2Sn>MgIn>Mg2Ga>Mg5Ga2的順序變化。陽極晶界相溶解服從鎂鎵化合物、Mg2Sn、MgIn順序。晶界相的化合鍵強弱及類s態(tài)電子能量密度（功函數(shù)或晶界相與基體間的電位差）共同決定晶界相的溶解。鎂鎵化合物的化合鍵較強,類s態(tài)電子能量密度最低,所以該類型化合物最不易溶解;Mg2Sn相的化合鍵最強,類s態(tài)電子能量密度最高,所以Mg2Sn相較容易溶解;MgIn相的化合鍵最弱,類s態(tài)電子能量密度較高,所以MgIn最容易溶解。雖然MgGa相最不易溶解,但合金中添加少量In利于Ga從MgGa相中析出。含Mg合金中陽極晶界相溶解使得Ga、In、Sn析出,析出的低熔點金屬在晶界處重新形成了 Ga-In、Ga-In-Sn相。依靠這些液態(tài)相含Mg合金可持續(xù)與水反應(yīng),展示了與四元Al-Ga-In-Sn合金不同的反應(yīng)機理。因此,合金中添加強化合金元素、熱處理以及細化合金晶粒等手段雖然能改善合金的力學(xué)性能,但是上述手段在改善合金力學(xué)性能的同時,無疑對合金的溶解性能也產(chǎn)生巨大影響。其中比較突出的問題是合金加入的Mg與低熔點金屬生成了多種晶界相使得適用于Al-Ga-In-Sn合金的液態(tài)界面相機理已不適用于含Mg合金。所以,關(guān)于含Mg鋁合金的鋁水反應(yīng)機理是值得研究的課題。另外,合金中加入Al-5Ti-1B細化劑及強化合金元素Cu等均改變合金微觀結(jié)構(gòu)并影響合金的鋁水反應(yīng),而這也是值得研究的課題。本文采用常壓鑄造制備了多個系列鋁合金并對合金進行熱處理。利用XRD、SEM/EDX對合金的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征。晶界相的溶解與晶界相與基體間的電位差及晶界相化學(xué)鍵的類型有關(guān)。固溶于鋁晶格中的Mg和Ga含量可改變鋁基體電位,即改變晶界相與基體間的電位差。含鎂多元鋁合金中晶界相與鋁基體間的電位差（AVPD）與晶界相晶體中類s態(tài)電子的能量密度有關(guān)。Mg2Sn、MgIn、Mg2Ga及Mg5Ga2相晶體中類s態(tài)電子的能量密度依次降低,故晶界相與鋁基體間A.VPD的絕對值按Mg2Sn>MgIn>Mg2Ga>Mg5Ga2的順序變化。陽極晶界相溶解服從鎂鎵化合物、Mg2Sn、MgIn順序。晶界相的化合鍵強弱及類s態(tài)電子能量密度（功函數(shù)或晶界相與基體間的電位差）共同決定晶界相的溶解。鎂鎵化合物的化合鍵較強,類s態(tài)電子能量密度最低,所以該類型化合物最不易溶解;Mg2Sn相的化合鍵最強,類s態(tài)電子能量密度最高,所以Mg2Sn相較容易溶解;MgIn相的化合鍵最弱,類s態(tài)電子能量密度較高,所以MgIn最容易溶解。雖然MgGa相最不易溶解,但合金中添加少量In利于Ga從MgGa相中析出。含Mg合金中陽極晶界相溶解使得Ga、In、Sn析出,析出的低熔點金屬在晶界處重新形成了 Ga-In、Ga-In-Sn相。依靠這些液態(tài)相含Mg合金可持續(xù)與水反應(yīng),展示了與四元Al-Ga-In-Sn合金不同的反應(yīng)機理。由于Ga、In從MgGa、MgGa2、MgIn相中析出速度比從Mg5Ga2-xInx、Mg2Ga1-xIn相中析出速度快,致使Mg含量大于4 wt.%合金的產(chǎn)氫速率和產(chǎn)氫率較Mg量含小于4 wt.%合金低。Cu不與低熔點金屬反應(yīng),鋁晶粒內(nèi)固溶的Cu及晶界處CuAl2均降低合金的產(chǎn)氫速率和產(chǎn)氫率。熱處理改變了合金晶界相數(shù)量、種類及鋁基體成分、析出相數(shù)量,所以影響合金的產(chǎn)氫速率和產(chǎn)氫率。上述工作基本研究清楚了可溶合金的鋁水反應(yīng)機理,找到了多種合金元素添加含量的大致范圍,初步掌握了熱處理制度對合金結(jié)構(gòu)及鋁水反應(yīng)的作用規(guī)律。研究結(jié)果為可溶合金綜合性能優(yōu)化奠定了一定實驗基礎(chǔ)。
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