新型结构功能一体化可溶镁合金及应用

当前，我国油气对外依存度高位稳定，能源安全面临挑战，而非常规油气作为重要补充，其开采中使用传统压裂工具存在效率低、成本高、降解难等问题。镁合金凭借密度低、易腐蚀等特性，成为开发高性能可溶压裂工具的理想材料。本书立足这一背景，以新型结构功能一体化为切入点，系统梳理可溶镁合金发展现状、腐蚀与强化机制，深入剖析新型结构功能一体化的Mg-RE-Ni系合金热处理影响、热加工及时效处理对性能的作用，还介绍了相调控机制、高强高塑合金开发及管材设计应用，呈现重庆大学科研团队与产业化合作企业在该领域的关键成果，为解决非常规油气开采中高强度高塑性可溶镁合金材料的应用难题提供重要参考。

本书适合材料科学与能源工程领域的专家学者、从事非常规油气开采的工程技术人员阅读，同时也可作为材料、能源相关专业研究生兼具理论深度与实践价值的参考书籍。

第1章概述1

1.1可溶镁合金研究现状1

1.1.1可溶镁合金分类1

1.1.2高强度可溶镁合金3

1.1.3高塑性可溶镁合金4

1.2可溶镁合金压裂工具的发展6

1.2.1可溶镁合金压裂球6

1.2.2可溶镁合金桥塞7

参考文献8

第2章可溶镁合金的腐蚀及力学作用机制11

2.1可溶镁合金腐蚀机制11

2.1.1可溶镁合金的腐蚀类型11

2.1.2可溶镁合金的腐蚀影响因素12

2.2可溶镁合金强化机制18

2.2.1固溶强化18

2.2.2细晶强化19

2.2.3第二相强化20

参考文献22

第3章铸态Mg-RE-Ni系合金腐蚀性能研究26

3.1热处理对Mg-Gd-Ni合金腐蚀性能的影响26

3.1.1铸态和热处理态合金微观组织26

3.1.2铸态和热处理态合金的腐蚀性能30

3.1.3铸态和热处理态合金腐蚀形貌与产物32

3.1.4铸态和热处理态合金腐蚀机制36

3.2热处理对Mg-Er-Ni合金腐蚀性能的影响37

3.2.1铸态和热处理态合金微观组织37

3.2.2铸态和热处理态合金的腐蚀性能42

3.2.3铸态和热处理态合金腐蚀形貌与产物45

3.2.4铸态和热处理态合金腐蚀机制49

3.3本章小结51

参考文献51

第4章变形态Mg-RE-Ni系合金力学与腐蚀性能研究54

4.1挤压态Mg-Gd-Ni-Zn合金力学与腐蚀性能54

4.1.1挤压态合金微观组织分析54

4.1.2腐蚀性能测试57

4.1.3力学性能测试58

4.1.4腐蚀形貌分析59

4.1.5再结晶行为分析59

4.1.6腐蚀与强化机制60

4.2时效态Mg-Gd-Ni-Zn合金力学与腐蚀性能64

4.2.1时效硬化分析64

4.2.2峰时效态合金微观组织分析64

4.2.3腐蚀性能与力学性能测试67

4.2.4腐蚀与强化机制68

4.3本章小结70

参考文献70

第5章Mg-RE-Ni系可溶镁合金功能型强化相的设计及其调控机制72

5.1含LPSO功能型强化相Mg-Gd-Ni合金力学与腐蚀性能72

5.1.1含LPSO相Mg-Gd-Ni挤压态合金组织演变72

5.1.2含LPSO相Mg-Gd-Ni挤压态合金力学性能75

5.1.3含LPSO相Mg-Gd-Ni挤压态合金腐蚀性能75

5.1.4含LPSO相Mg-Gd-Ni挤压态合金腐蚀形貌与产物79

5.1.5含LPSO相Mg-Gd-Ni挤压态合金强化机制81

5.1.6含LPSO相Mg-Gd-Ni挤压态合金腐蚀机制82

5.2含γ'功能型强化相Mg-Er-Ni合金力学与腐蚀性能84

5.2.1含γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金组织演变84

5.2.2含γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金力学性能87

5.2.3含γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金腐蚀性能87

5.2.4含γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金腐蚀形貌与产物90

5.2.5含γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金强化机制94

5.2.6含γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金腐蚀机制97

5.3含LPSO和γ'功能型强化相Mg-Er-Ni合金力学与腐蚀性能99

5.3.1LPSO和γ'功能型强化相协同调控99

5.3.2含LPSO和γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金力学性能102

5.3.3含LPSO和γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金腐蚀性能103

5.3.4含LPSO和γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金腐蚀形貌与产物106

5.3.5含LPSO和γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金强化机制108

5.3.6含LPSO和γ'相Mg-Er-Ni挤压态合金腐蚀机制110

5.4本章小结113

参考文献113

第6章高强度Mg-RE-Ni系可溶镁合金制备118

6.1高强度可溶Mg-Gd-Ni合金制备118

6.1.1微观组织表征与分析118

6.1.2高强度可溶Mg-Gd-Ni合金腐蚀性能优化120

6.1.3高强度可溶Mg-Gd-Ni合金力学性能优化122

6.1.4高强度可溶Mg-Gd-Ni合金腐蚀形貌与产物122

6.1.5高强度可溶Mg-Gd-Ni合金腐蚀及强化机制124

6.2高强度可溶Mg-Er-Ni合金调控129

6.2.1微观组织表征与分析129

6.2.2高强度可溶Mg-Er-Ni合金力学性能优化134

6.2.3高强度可溶Mg-Er-Ni合金腐蚀性能优化134

6.2.4高强度可溶Mg-Er-Ni合金腐蚀形貌与产物137

6.2.5高强度可溶Mg-Er-Ni合金腐蚀及强化机制140

6.2.6高强度可溶Mg-Er-Ni合金组织构筑原则143

6.3本章小结144

参考文献144

第7章高塑性Mg-RE-Ni系可溶镁合金制备147

7.1高塑性可溶Mg-Gd-Ni-Ca合金制备147

7.1.1高塑性可溶Mg-Gd-Ni-Ca合金组织调控147

7.1.2高塑性可溶Mg-Gd-Ni-Ca合金腐蚀性能优化151

7.1.3高塑性可溶Mg-Gd-Ni-Ca合金力学性能优化152

7.1.4高塑性可溶Mg-Gd-Ni-Ca合金腐蚀形貌及产物153

7.1.5高塑性可溶Mg-Gd-Ni-Ca合金腐蚀及强化机制155

7.2高塑性可溶Mg-Er-Ni合金制备158

7.2.1高塑性可溶Mg-Er-Ni合金力学性能优化158

7.2.2高塑性可溶Mg-Er-Ni合金组织调控159

7.2.3高塑性可溶Mg-Er-Ni合金腐蚀性能优化163

7.2.4高塑性可溶Mg-Er-Ni合金腐蚀形貌与产物166

7.2.5高塑性可溶Mg-Er-Ni合金腐蚀及强化机制168

7.2.6高塑性可溶Mg-Er-Ni合金组织构筑原则170

7.3本章小结171

参考文献171

第8章高性能Mg-RE-Ni系可溶镁合金管材挤压技术及应用173

8.1高性能Mg-Er-Ni可溶合金管材热变形行为173

8.1.1流变应力曲线173

8.1.2本构分析175

8.1.3热加工图分析179

8.1.4变形温度对微观组织影响182

8.1.5应变速率对微观组织影响188

8.2高性能Mg-Er-Ni可溶合金管材差温挤压数值模拟192

8.2.1管材模具几何模型的建立192

8.2.2基于Hyperxtrude的有限元数值建模192

8.2.3材料参数和边界条件的设置193

8.2.4差温挤压变形工艺区间优选193

8.2.5差温挤压工艺参数设计197

8.2.6差温挤压数值模拟结果分析198

8.3高性能可溶Mg-Er-Ni合金管材制备202

8.3.1挤压工艺参数及管材成型情况分析202

8.3.2镁合金管材微观组织分析203

8.3.3镁合金管材室温拉伸力学性能测试与分析211

8.3.4镁合金管材腐蚀性能测试与分析212

8.4可溶压裂工具应用216

8.5本章小结218

参考文献219