可溶铝合金铝水反应的实验和机理研究
发布时间：2021-05-13 16:08
可溶铝合金压裂工具在油气田开采所采用的水力压裂技术中有着十分重要的应用。可溶铝合金作为结构件使用除了要求具备良好的溶解性能外,还须兼备足够高的强度和一定的塑性。因此,合金中添加强化合金元素、热处理以及细化合金晶粒等手段虽然能改善合金的力学性能,但是上述手段在改善合金力学性能的同时,无疑对合金的溶解性能也产生巨大影响。其中比较突出的问题是合金加入的Mg与低熔点金属生成了多种晶界相使得适用于Al-Ga-In-Sn合金的液态界面相机理已不适用于含Mg合金。所以,关于含Mg铝合金的铝水反应机理是值得研究的课题。另外,合金中加入Al-5Ti-1B细化剂及强化合金元素Cu等均改变合金微观结构并影响合金的铝水反应,而这也是值得研究的课题。本文采用常压铸造制备了多个系列铝合金并对合金进行热处理。利用XRD、SEM/EDX对合金的微观结构进行了表征。用扫描Kelvin探针力显微镜（SKPFM）测量了含Mg铝合金中晶界相与铝基体间的电位差（AVPD）。运用第一性原理计算研究了含Mg铝合金中晶界相晶体的电子结构和化学键的特性。利用产氢装置测试了合金的铝水反应。论文的主要研究结果如下:Al-5Ti-1B细化剂...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 石油开采对可溶合金的需求
1.2 可溶材料种类和性能
1.2.1 可降解树脂
1.2.2 可溶镁合金
1.2.3 可溶铝合金
1.3 可溶铝合金的研究基础
1.3.1 铝水反应原理
1.3.2 促进铝与水反应的解决方案
1.4 影响Al-Ga-In-Sn合金铝水反应的因素
1.4.1 合金的晶粒尺寸
1.4.2 低熔点金属成分
1.4.3 合金元素
1.5 可溶铝合金研制的总体思路
1.6 可溶铝合金研制过程中存在的问题
1.7 本文研究目的、内容及意义
第2章 样品制备、测试分析及理论计算方法
2.1 合金制备
2.1.1 实验原料
2.1.2 制备工艺
2.2 合金与水反应测试及产物收集
2.2.1 合金与水反应产氢量的测定
2.2.2 合金与水反应产氢率和产氢速率的计算
2.2.3 合金与水反应产物收集
2.3 合金表征分析方法
2.3.1 X射线衍射仪(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDX)
2.3.3 差示扫描量热仪(DSC)
2.3.4 扫描原子力显微镜(AFM)
2.4 理论计算
2.4.1 电子态密度
2.4.2 原子电荷和键序
第3章 Al-Ga-In-Sn合金品粒细化
3.1 引言
3.2 实验过程
3.2.1 合金的制备
3.2.2 测试分析方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 XRD分析
3.3.2 SEM/EDX观察
3.3.3 铝水反应测试
3.3.4 反应产物
3.4 讨论
3.5 本章小结
第4章 Al-Mg-Ga-In-Sn合金的铝水反应机理
4.1 引言
4.2 实验过程
4.2.1 合金的制备
4.2.2 测试分析方法
4.3 结果与分析讨论
4.3.1 XRD分析
4.3.2 SEM/EDX观察
4.3.3 DSC测试
4.3.4 铝水反应测试
4.3.5 合金表面腐蚀形貌
4.3.6 反应产物XRD测试结果
4.3.7 界面相与铝基体间的电势差测试
4.3.8 讨论
4.4 本章小结
第5章 铝合金电偶腐蚀的实验和理论研究
5.1 引言
5.2 实验过程
5.2.1 合金的制备
5.2.2 测试分析及理论计算方法
5.3 结果与分析讨论
5.3.1 XRD分析
5.3.2 SEM/EDX观察
5.3.3 铝水反应测试
5.3.4 界面相与铝基体间的电势差测试
5.3.5 合金表面腐蚀形貌
5.3.6 化合物的电子结构
5.3.7 讨论
5.4 本小结
第6章 热处理对Al-Mg-Ga-In-Sn合金与水反应的影响
6.1 引言
6.2 实验过程
6.2.1 合金的制备
6.2.2 测试分析方法
6.3 结果与分析讨论
6.3.1 XRD分析
6.3.2 SEM/EDX观察
6.3.3 铝水反应测试
6.3.4 界面相与铝基体间的电势差测试
6.3.5 合金表面腐蚀形貌
6.3.6 讨论
6.4 本章小结
第7章 热处理对Al-Cu-Ga-In-Sn合金与水反应的影响
7.1 引言
7.2 实验过程
7.2.1 合金的制备
7.2.2 测试分析方法
7.3 结果与分析讨论
7.3.1 Cu对Al-Ga-In-Sn合金微观结构及铝水反应的影响
7.3.2 热处理对Al-Cu-Ga-In-Sn合金微观结构及铝水反应的影响
7.4 本章小结
第8章 全文结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Reactivity of Al-rich Alloys with Water Promoted by Liquid Al Grain Boundary Phases[J]. Tiantian He,Wei Wang,Wei Chen,Demin Chen,Ke Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(04)
[2]时效处理对挤压态Mg-Zn-Ca-Nd合金力学及腐蚀性能的影响[J]. 郭皓,韩振华,纪晓昀,王小宁,张长军,杨军. 热加工工艺. 2017(04)
[3]可溶解于水的结构铝合金[J]. 王祝堂. 轻合金加工技术. 2017(02)
[4]镓对Al-Mg-Sn-Ga合金可溶解性能的影响[J]. 朱建锋,杨波,冉云飞,见飞龙,侯小江,苟永妮. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]可溶性材料在压裂施工应用中的性能比较[J]. 张健. 中国石油和化工标准与质量. 2016(22)
[6]油气井分段压裂用可降解压裂球研制与应用[J]. 刘志斌,程智远,李梅,李宗玮,秦诗涛,张欣欣. 石油矿场机械. 2016(10)
[7]低渗透油田有效注水工艺技术探究[J]. 侯小龙. 石化技术. 2016(09)
[8]可降解压裂球试验与现场应用[J]. 何慧. 石化技术. 2016(05)
[9]可降解聚合物压裂球的降解行为及机理[J]. 邹鹏,王林,张建华,樊玉生,赵世华. 油田化学. 2016(01)
[10]低熔点金属（Ga,In,Sn）对铝合金水解性能的影响（英文）[J]. 王凡强,王辉虎,王建,芦佳,罗平,常鹰,马新国,董仕节. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(01)
博士论文
[1]电子功函数的计算及其在材料表面电化学问题研究中的应用[D]. 王健.中国科学技术大学 2016
[2]计算机模拟金属化合物电子结构，晶体结构及其性能[D]. 李灿.吉林大学 2011
[3]铝基材料快速水解制氢的研究[D]. 陈星宇.中南大学 2010
硕士论文
[1]井下暂堵工具用可溶镁合金研究[D]. 郭皓.长安大学 2017
[2]5083铝合金在不同模拟海水介质中的腐蚀行为研究[D]. 涂扬帆.山东建筑大学 2017
[3]铝粉的表面改性及其在含能材料中的应用研究[D]. 殷求实.南京理工大学 2017
[4]3003铝合金硬质阳极氧化膜封闭工艺及其性能研究[D]. 张承平.湖南大学 2016
[5]水平井泵送桥塞射孔工艺技术研究[D]. 倪睿凯.西南石油大学 2015
[6]合金化活化金属铝及其产氢性能的研究[D]. 黄天平.吉林大学 2015
[7]Al-Cu体系扩散过程的分子动力学研究[D]. 李昶.广西大学 2014
[8]铝镓合金的制备及其水解产氢性能的研究[D]. 陈博.吉林大学 2013
[9]铝水解产氢特性研究[D]. 黄霞妮.中国计量学院 2013
[10]富铝合金水解制备氢气的研究[D]. 赵欣明.辽宁大学 2012
本文编号：3184317
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 石油开采对可溶合金的需求
1.2 可溶材料种类和性能
1.2.1 可降解树脂
1.2.2 可溶镁合金
1.2.3 可溶铝合金
1.3 可溶铝合金的研究基础
1.3.1 铝水反应原理
1.3.2 促进铝与水反应的解决方案
1.4 影响Al-Ga-In-Sn合金铝水反应的因素
1.4.1 合金的晶粒尺寸
1.4.2 低熔点金属成分
1.4.3 合金元素
1.5 可溶铝合金研制的总体思路
1.6 可溶铝合金研制过程中存在的问题
1.7 本文研究目的、内容及意义
第2章 样品制备、测试分析及理论计算方法
2.1 合金制备
2.1.1 实验原料
2.1.2 制备工艺
2.2 合金与水反应测试及产物收集
2.2.1 合金与水反应产氢量的测定
2.2.2 合金与水反应产氢率和产氢速率的计算
2.2.3 合金与水反应产物收集
2.3 合金表征分析方法
2.3.1 X射线衍射仪(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDX)
2.3.3 差示扫描量热仪(DSC)
2.3.4 扫描原子力显微镜(AFM)
2.4 理论计算
2.4.1 电子态密度
2.4.2 原子电荷和键序
第3章 Al-Ga-In-Sn合金品粒细化
3.1 引言
3.2 实验过程
3.2.1 合金的制备
3.2.2 测试分析方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 XRD分析
3.3.2 SEM/EDX观察
3.3.3 铝水反应测试
3.3.4 反应产物
3.4 讨论
3.5 本章小结
第4章 Al-Mg-Ga-In-Sn合金的铝水反应机理
4.1 引言
4.2 实验过程
4.2.1 合金的制备
4.2.2 测试分析方法
4.3 结果与分析讨论
4.3.1 XRD分析
4.3.2 SEM/EDX观察
4.3.3 DSC测试
4.3.4 铝水反应测试
4.3.5 合金表面腐蚀形貌
4.3.6 反应产物XRD测试结果
4.3.7 界面相与铝基体间的电势差测试
4.3.8 讨论
4.4 本章小结
第5章 铝合金电偶腐蚀的实验和理论研究
5.1 引言
5.2 实验过程
5.2.1 合金的制备
5.2.2 测试分析及理论计算方法
5.3 结果与分析讨论
5.3.1 XRD分析
5.3.2 SEM/EDX观察
5.3.3 铝水反应测试
5.3.4 界面相与铝基体间的电势差测试
5.3.5 合金表面腐蚀形貌
5.3.6 化合物的电子结构
5.3.7 讨论
5.4 本小结
第6章 热处理对Al-Mg-Ga-In-Sn合金与水反应的影响
6.1 引言
6.2 实验过程
6.2.1 合金的制备
6.2.2 测试分析方法
6.3 结果与分析讨论
6.3.1 XRD分析
6.3.2 SEM/EDX观察
6.3.3 铝水反应测试
6.3.4 界面相与铝基体间的电势差测试
6.3.5 合金表面腐蚀形貌
6.3.6 讨论
6.4 本章小结
第7章 热处理对Al-Cu-Ga-In-Sn合金与水反应的影响
7.1 引言
7.2 实验过程
7.2.1 合金的制备
7.2.2 测试分析方法
7.3 结果与分析讨论
7.3.1 Cu对Al-Ga-In-Sn合金微观结构及铝水反应的影响
7.3.2 热处理对Al-Cu-Ga-In-Sn合金微观结构及铝水反应的影响
7.4 本章小结
第8章 全文结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Reactivity of Al-rich Alloys with Water Promoted by Liquid Al Grain Boundary Phases[J]. Tiantian He,Wei Wang,Wei Chen,Demin Chen,Ke Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(04)
[2]时效处理对挤压态Mg-Zn-Ca-Nd合金力学及腐蚀性能的影响[J]. 郭皓,韩振华,纪晓昀,王小宁,张长军,杨军. 热加工工艺. 2017(04)
[3]可溶解于水的结构铝合金[J]. 王祝堂. 轻合金加工技术. 2017(02)
[4]镓对Al-Mg-Sn-Ga合金可溶解性能的影响[J]. 朱建锋,杨波,冉云飞,见飞龙,侯小江,苟永妮. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]可溶性材料在压裂施工应用中的性能比较[J]. 张健. 中国石油和化工标准与质量. 2016(22)
[6]油气井分段压裂用可降解压裂球研制与应用[J]. 刘志斌,程智远,李梅,李宗玮,秦诗涛,张欣欣. 石油矿场机械. 2016(10)
[7]低渗透油田有效注水工艺技术探究[J]. 侯小龙. 石化技术. 2016(09)
[8]可降解压裂球试验与现场应用[J]. 何慧. 石化技术. 2016(05)
[9]可降解聚合物压裂球的降解行为及机理[J]. 邹鹏,王林,张建华,樊玉生,赵世华. 油田化学. 2016(01)
[10]低熔点金属（Ga,In,Sn）对铝合金水解性能的影响（英文）[J]. 王凡强,王辉虎,王建,芦佳,罗平,常鹰,马新国,董仕节. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(01)
博士论文
[1]电子功函数的计算及其在材料表面电化学问题研究中的应用[D]. 王健.中国科学技术大学 2016
[2]计算机模拟金属化合物电子结构，晶体结构及其性能[D]. 李灿.吉林大学 2011
[3]铝基材料快速水解制氢的研究[D]. 陈星宇.中南大学 2010
硕士论文
[1]井下暂堵工具用可溶镁合金研究[D]. 郭皓.长安大学 2017
[2]5083铝合金在不同模拟海水介质中的腐蚀行为研究[D]. 涂扬帆.山东建筑大学 2017
[3]铝粉的表面改性及其在含能材料中的应用研究[D]. 殷求实.南京理工大学 2017
[4]3003铝合金硬质阳极氧化膜封闭工艺及其性能研究[D]. 张承平.湖南大学 2016
[5]水平井泵送桥塞射孔工艺技术研究[D]. 倪睿凯.西南石油大学 2015
[6]合金化活化金属铝及其产氢性能的研究[D]. 黄天平.吉林大学 2015
[7]Al-Cu体系扩散过程的分子动力学研究[D]. 李昶.广西大学 2014
[8]铝镓合金的制备及其水解产氢性能的研究[D]. 陈博.吉林大学 2013
[9]铝水解产氢特性研究[D]. 黄霞妮.中国计量学院 2013
[10]富铝合金水解制备氢气的研究[D]. 赵欣明.辽宁大学 2012
本文编号：3184317
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