本发明涉及到镁合金材料领域，具体是一种含na高强度低温快速降解镁合金及其制备方法。
背景技术：
随着能源的加剧和石油的发展，油气和天然气的开采利用成为了许多资源研究的焦点。天然气和油气的开采需要解决储层内的流通性差、渗透率低等问题。压裂技术是核心技术，在压裂的过程中，憋压球作为压裂工作的核心，应用日益广泛。封堵用的憋压球是作业时的关键材料，必须通过井上工具运送到井下预定部位，进行分段、分层封堵与压裂，直到井下作业完成。要开发出一种新型的堵塞球材料，能在压裂结束后一定时间内能够自行分解掉，结合憋压球一般的使用环境，可溶性憋压球需要具备一定的力学性能，使憋压球在高压压裂作业中仍然能够保持完整不变形，同时还要具备在一定温度下的降解速度，保证储层的正常生产。不同油气地区的对堵塞球的要求也不同，本发明为了满足憋压球在小于20℃的低温环境下开采油气并且具有良好的抗压和快速溶解的能力。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种含na高强度低温快速降解镁合金材料。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种含na高强度低温快速降解镁合金，包括下述重量百分比例组成：al：3.0%-10.0%、zr：0.05%-0.3%、mn：0.4%-1.2%、gd：5.0%-8.0%、na：0.5%-2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质。
al能够提高镁合金强度，但al的含量太高会使得镁合金变脆。gd固溶于镁基体中，能够细化组织，固溶处理之后屈服强度和高温抗拉强度提高，在镁基体中的溶解度为8.0%，综合加入5%-8%。zr和mn都可以明显的细化晶粒，提高强度。mn可以降低塑性缺陷的产生，阻碍晶粒的长大。na元素的添加有利于提高合金在低温下的降解速率。
本发明涉及一种含na高强度低温快速降解镁合金的制备方法，所述镁合金包括如下组分及其重量百分配比：al：3.0%-10.0%、zr：0.05%-0.3%、mn：0.4%-1.2%、gd：5.0%-8.0%、na：0.5%-2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质；所述方法包括如下步骤：
①按照含na高强度低温快速降解镁合金的组分配比精确配料，将镁锭和mg-mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯al、mg-zr中间合金、mg-gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min；
②炉中继续慢慢升温，温度达到750℃-780℃，加入al-na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20-30min，得到镁合金熔体；
③将步骤②得到的镁合金熔体倒入预热的300℃-400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭；
④在420℃下对镁合金铸锭进行挤压，挤压的速度为3m/min，挤压比为8。
采用本方法制备得到的镁合金，在20℃的抗压强度为324mpa~342mpa，在20℃、3%kcl溶液下的腐蚀速率是46mg/cm2·h~56mg/cm2·h，可保证材料在石油开采过程中对堵塞材料的抗压需求，同时在相对低温下能够实现快速降解。该材料有效的满足了不同油气地区（尤其是寒冷地区）在油气开采过程中的对憋压球的需求。
具体实施方式
案例1
本实施的案例中镁合金的成分gd5.0%、zr0.25%、mn0.5%、al6.0%、na0.5%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和mg-mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯al、mg-zr中间合金、mg-gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到750℃，加入al-na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
制备的含na高强度低温快速降解镁合金在20℃的抗压强度为324mpa，在20℃、3%kcl溶液下的腐蚀速率是46mg/cm2·h。
案例2
本实施的案例中镁合金的成分gd6.0%、zr0.25%、mn1.0%、al3.0%、na1.0%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和mg-mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯al、mg-zr中间合金、mg-gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到760℃，加入al-na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的300℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
④在420℃下挤压，挤压的速度为3m/min，挤压比为8。
制备的含na高强度低温快速降解镁合金，20℃的抗压强度是331mpa，在20℃、3%kcl溶液下的腐蚀速率是49mg/cm2·h。
案例3
本实施的案例中镁合金的成分gd5.5%、zr0.1%、mn1.2%、al8.0%、na1.5%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和mg-mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯al、mg-zr中间合金、mg-gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到750℃-780℃，加入al-na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置30min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的300℃-400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
④在420℃下挤压，挤压的速度为3m/min，挤压比为8。
制备的含na高强度低温快速降解镁合金，20℃的抗压强度是324mpa，在20℃、3%kcl溶液下的腐蚀速率是46mg/cm2·h。
案例4
本实施的案例中镁合金的成分gd5.5%、zr0.3%、mn0.7%、al10.0%、na2.0%。
①按照本发明的比例精确配料，将镁锭和mg-mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯al、mg-zr中间合金、mg-gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min，
②炉中以5℃/min的速率继续升温，温度达到750℃，加入al-na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置25min。
③将得到的镁合金熔体倒入预热的350℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭。
④在420℃下挤压，挤压的速度为3m/min，挤压比为8。
制备的含na高强度低温快速降解镁合金，20℃的抗压强度是342mpa，在20℃、3%kcl溶液下的腐蚀速率是56mg/cm2·h。
1.一种含na高强度低温快速降解镁合金，其特征在于包括如下组分及其重量百分配比：al：3.0%-10.0%、zr：0.05%-0.3%、mn：0.4%-1.2%、gd：5.0%-8.0%、na：0.5%-2.0%，剩余为镁和其他不可避免的杂质。
2.一种含na高强度低温快速降解镁合金的制备方法，用于制备权利要求1所述的含na高强度低温快速降解镁合金，所述方法包括如下步骤：
①按照含na高强度低温快速降解镁合金的组分配比精确配料，将镁锭和mg-mn合金一起在700℃-720℃下熔炼，熔化后加入纯al、mg-zr中间合金、mg-gd中间合金，同时向炉中通入惰性气体保护，在650℃-700℃下保温30min；
②炉中继续慢慢升温，温度达到750℃-780℃，加入al-na中间合金，慢慢搅拌，待熔化后，保温静置20-30min，得到镁合金熔体；
③将步骤②得到的镁合金熔体倒入预热的300℃-400℃的模具中，待其冷却后得到镁合金铸锭；
④在420℃下对镁合金铸锭进行挤压，挤压的速度为3m/min，挤压比为8。
3.如权利要求2所述的一种含na高强度低温快速降解镁合金的制备方法,其特征在于，al-na中间合金中na元素的质量含量为5%。
4.如权利要求2或3所述的一种含na高强度低温快速降解镁合金的制备方法,其特征在于，所用惰性气体为co2和sf6的混合气体，co2和sf6体积比为200—400：1。
5.如权利要求4所述的一种含na高强度低温快速降解镁合金的制备方法,其特征在于，co2和sf6体积比为300：1。
技术总结