Al基可降解合金的制備及性能研究.pdf

1、可降解材料因具有制備簡(jiǎn)單、易加工成形且環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)在能源開(kāi)發(fā)和油氣開(kāi)采領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而可降解高分子材料和生物陶瓷由于無(wú)法承受高溫高壓、易變形、降解環(huán)境苛刻等缺點(diǎn)不能滿足使用要求。相比于可降解高分子和陶瓷材料，可降解金屬作為一種新材料，因來(lái)源豐富、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械性能和導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好等優(yōu)點(diǎn)具有巨大應(yīng)用空間而深受關(guān)注。但目前可降解金屬存在結(jié)構(gòu)單一，降解穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)制約其在油氣開(kāi)采領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本論文采用熔鑄法在鋁中添加合金元素G

2、a、In和Sn制備綜合性能良好的Al基可降解金屬材料。
　　本論文采用熔鑄法成功制備了用于油氣壓裂用的可降解Al合金，通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)及能譜分析(EDS)等測(cè)試手段詳細(xì)研究了Sn、Ga和In等合金元素及熱處理工藝對(duì)該合金組織和相關(guān)性能的影響。并結(jié)合電化學(xué)極化曲線和腐蝕形貌分析對(duì)該Al基合金腐蝕行為及相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　以Al-Mg合金為基體，添加元素Sn且隨著Sn含量的增加，該合金中出現(xiàn)了M

3、g2Sn第二相及少量Sn單質(zhì)，合金基體得到了明顯細(xì)化，腐蝕電位明顯負(fù)移，但該合金降解性能較差。在12 wt.％ Sn含量基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入3 wt.％的元素Ga時(shí)，合金的腐蝕電位進(jìn)一步負(fù)移，在90℃水中具有較高的降解速度，90 min內(nèi)其質(zhì)量減少了50％。
　　為了降低該合金的可降解溫度，在Al-Mg-Ga-Sn基礎(chǔ)上添加不同含量的元素In。電化學(xué)測(cè)試表明，隨著In含量的增加，合金微觀組織一定程度細(xì)化，其腐蝕電位更負(fù)，降解速率不斷

4、提高。當(dāng)In添加量為1.3 wt.％時(shí)，在90℃的水中，75 min內(nèi)質(zhì)量減少了50％，相比未添加In提高了16.7％;在70℃水中，該合金95 min內(nèi)質(zhì)量減少了50％。
　　在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了In和Sn配比對(duì)該合金微觀組織和性能的影響，隨Sn比例提高，合金中Ga-In-Sn共熔體體積逐漸增大，并由顆粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻?但電化學(xué)極化曲線表明該合金腐蝕電位正移，活性降低，但當(dāng)減小Sn的配比時(shí)，共熔體體積逐漸減小，腐蝕電位負(fù)移，當(dāng)

5、Ga∶ In∶ Sn分別為9∶6∶4和15∶3.5∶30時(shí)，所制備的Al基合金降解溫度得到進(jìn)一步降低，在50℃水中的分別在440m in和470 min內(nèi)質(zhì)量減少了50％。
　　對(duì)該合金的熱處理結(jié)果表明，保溫時(shí)間相同，熱處理溫度從300℃升高到500℃時(shí)，鋁基體晶粒從40～50μm增長(zhǎng)到70～80μm。同時(shí)，第二相含量明顯減小，分布更加均勻，極化曲線表明其腐蝕電位略微負(fù)移，活性增大;在300℃下延長(zhǎng)保溫時(shí)間，極化曲線表明合金腐蝕電