一種銅基記憶合金補貼管及其制備方法、補貼方法和用途技術

本發明專利技術提供了一種銅基記憶合金補貼管及其制備方法、補貼方法和用途。所述銅基記憶合金按質量百分比計包括以下元素：Be：0.2～1.6％，Al：6～14％，Mn：1～10％，Ga：0～3％且不包括0，雜質：0～0.1％，余量為Cu。所述補貼管是由膨脹組件和連接管連接而成；其中，膨脹組件包括依次連接的膨脹圓柱體、錐形連接體和內螺紋圓柱體。其制備方法為：根據合金成分稱取原料并進行熔煉，然后在定向凝固冷卻系統中進行冷卻，制得鑄錠，再進行熱機械處理，得到補貼管。所述補貼管補貼工藝簡單，其能與待補貼的套管間產生強大的過盈配合，從而與套管間產生很大的密封壓力和摩擦力，防止漏油和掉落。

【技術實現步驟摘要】
一種銅基記憶合金補貼管及其制備方法、補貼方法和用途
本專利技術屬于新材料和輸油設備
，涉及一種補貼管及其制備方法、補貼方法和應用，尤其涉及一種銅基記憶合金補貼管及其制備方法、補貼方法和用途。
技術介紹
在工業生產中，大量的油田抽油套管、化工容器以及管路和水路會因腐蝕和地質變動等出現局部破裂和泄漏而失效，其產生了重大社會經濟損失。油田每年有10％的油井要報修，國內有上百萬口井，全世界上億口井，這渉及數千億美元市場，因此，對破裂和泄露的油田抽油管道等進行補貼具有重大的技術經濟意義。較早的補貼技術主要是采用縫波紋管補貼技術，近2年的最新技術是無縫膨漲管補貼，它們都是美國技術，前者補貼不可靠，易掉井，易漏；后者的可靠性雖然增加了，但兩種技術均費工、費時、費錢，并且需使用重型機械液壓設備，后者還需要使用特殊進口鋼材。熱功能好的鈦鎳合金可以用于補貼技術，專利CN104060126A提供了一種鎳鈦系形狀記憶合金，所述的鎳鈦系形狀記憶合金由鎳、鈦、銅、鉻、錳以及鎘六種金屬成分組合而成，所述的鎳鈦系形狀記憶合金中各成分所占重量百分比分別為：所述的鎳占60.3％～64.9％，所述的鈦占21.4％～22.5％，所述的銅占7.4％～8.3％，所述的鉻占2.8％～3.7％，所述的錳占1.9％～2.7％，所述的鎘占1.6％～2.5％。但是鎳鈦合金資源稀缺，價格昂貴，且制備工藝繁雜，現有技術還制造不出20mm粗的無縫管件。現有技術中有將鐵基記憶合金用于油田補貼堵漏，但未獲得成功，其原因是由于鐵基合金記憶效應低下，最大回復變形率僅1～2％，且非熱彈性相變回復，并且價格也不非。同時，現有技術中最新膨漲補貼技術所用的管材還是普通鋼，其在含硫化氫、濕氣大且高溫的油田環境中腐蝕嚴重。因此，找到一種熱彈性相變性能好、耐腐蝕、成本低且制備工藝簡單的套管補貼設備是現在亟需解決的問題。
技術實現思路
為了解決上述現有技術中補貼材料熱彈性相變性能差、易腐蝕、生產困難、加工工藝繁雜和成本高等問題，本專利技術提供了一種銅基記憶合金補貼管及其制備方法、補貼方法和用途。通過熔煉、在冷卻系統中進行冷卻(尤其是定向凝固冷卻處理)和熱機械處理，使得應用銅基記憶合金制得的補貼管具有良好的熱彈性相變性能，并且補貼工藝簡單，成本低。為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：一種銅基記憶合金補貼管，所述補貼管采用的銅基記憶合金按質量百分比計包括以下元素：其中，Be的質量百分比可為0.2％、0.21％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.59％或1.6％等；Al的質量百分比可為6％、6.01％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、13.9％或14％等；Mn的質量百分比可為1％、1.01％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、9.99％或10％等；Ga的質量百分比可為0.01％、0.3％、0.5％、0.7％、1.0％、1.3％、1.5％、1.7％、2.0％、2.3％、2.5％、2.7％、2.99％或3％等；雜質的質量百分比可為0、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.099％或0.1％等；余量為Cu。優選地，所述補貼管采用的銅基記憶合金按質量百分比計包括以下元素：以上所述Al、Mn、Be和Ga四種元素，均能在固態與Cu形成有序的馬氏體相變，產生超彈性；Al作為形成超彈性合金的主要元素，Mn能夠擴大元素Al在合金中的作用，提高塑性；Ga與Cu在高溫下形成β相，能增加合金在磁場作用下的超彈性，Be可以提高合金的超彈性和硬度；并且Cu自身的電位較正，不易被腐蝕，使得合金具有抗硫和硫化氫腐蝕的能力。同時，所含元素的含量對合金性能也有很大影響，例如當Be質量百分比太少時無記憶性能，其含量太多時，材料太脆；當Ga含量高于3％時會使合金脆化。以上所述合金成分是根據下列公式進行設計的：Ms(℃)＝635-43×Al(質量百分比)-302×Be(質量百分比)-18×Mn(質量百分比)-8×Ga(質量百分比)根據上述公式，根據油井所在地區、修井季節期氣溫、地質情況來確定所需的回復相變的溫度，設計合金成份。其中，相變溫度有4個，加熱時高溫相開始形成點As(馬氏體逆轉變開始的溫度，單位℃)和高溫相形成結束點Af(馬氏體逆轉變終止的溫度，單位℃)，降溫時低溫相開始形成點Ms(馬氏體轉變開始的溫度，單位℃)和降溫時低溫相形成結束點Ms(馬氏體轉變結束的溫度，單位℃)。本合金的Ms和As間相差10～30℃，As與Af間相差30～50℃，這些均與加工過程中的熱機械處理有關，且可以由儀器測出，更精確的數據可由DSC儀(微分差異量熱法)測出。當所述合金處于高溫相時，其強度高、彈性好，而低溫相軟而塑，因此為了使合金具有高強度同時保持良好的彈性，需要合金始終處于高溫相。故需要高溫相開始形成點As(馬氏體逆轉變開始的溫度，單位℃)和高溫相形成結束點Af(馬氏體逆轉變終止的溫度，單位℃)低于材料的使用溫度；其馬氏體轉變開始的溫度Ms(℃)更要低于材料的使用溫度。優選地，所述補貼管由膨脹組件和連接管連接而成。其中，膨脹組件包括依次連接的膨脹圓柱體、錐形連接體和內螺紋圓柱體。優選地，所述膨脹圓柱體的直徑大于內螺紋圓柱體的直徑。優選地，所述連接管有外螺紋。優選地，所述膨脹組件和連接管通過螺紋連接，即所述膨脹組件可以與上部有外螺紋的連接管和/或下部有外螺紋的連接管相連，并且多個連接管可以連接多個膨脹組件。優選地，所述膨脹組件的個數≥1，例如1個、2個、3個、4個、5個或更多。優選地，所述連接管的個數≥1，例如1個、2個、3個、4個、5個或更多。優選地，所述連接管為無縫管。優選地，所述連接管的材料為低碳鋼、奧氏體不銹鋼或鋁青銅中任意一種。優選地，所述連接管的壁厚為2.5～3.5mm，例如2.5mm、2.51mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.49mm或3.5mm等。優選地，所述補貼管長度為1～5m，例如1mm、1.1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、4.9mm或5mm等；其中補貼管的長度是指膨脹組件和連接管連接起來的總長度。優選地，所述補貼管是通過熔煉，然后在冷卻系統中進行冷卻再經熱機械處理制備得到的。優選地，所述冷卻系統為定向凝固冷卻系統，其中所述定向凝固冷卻尤其指高強度激冷系統，對經過熔煉的金屬進行高強度激冷操作，可使材料的最大回復變形率成倍增加，使最大彈性變形量(E％)達到達5～15％。熱功能記憶材料的特性是形狀最大彈性變形量E％，超過它材料就不能全回復，且差值愈大回復愈少。經過定向凝固冷卻系統處理得到定向柱狀晶體，所述定向柱狀晶體中雜質易排除，結晶緊密，與柱晶垂直方向上強度大。上述銅基記憶合金補貼管的制備方法，所述方法包括以下步驟：(1)根據上述銅基記憶合金的成分稱取原料并進行熔煉，然后在冷卻系統中進行冷卻，制得鑄錠；(2)將步驟(1)得到的鑄錠進行熱機械處理，得到補貼管；任選地，進行步驟(3)在補貼管的膨脹組件和連接管間涂密封劑。步驟(1)中所述的熔煉為真空熔煉或氬熔本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅基記憶合金補貼管，其特征在于，所述補貼管采用的銅基記憶合金按質量百分比計包括以下元素：

【技術特征摘要】
1.一種銅基記憶合金補貼管的制備方法，其特征在于，所述補貼管采用的銅基記憶合金按質量百分比計包括以下元素：所述補貼管由膨脹組件(100)和連接管(200)連接而成；其中，膨脹組件包括依次連接的膨脹圓柱體(101)、錐形連接體(102)和內螺紋圓柱體(103)；所述膨脹圓柱體(101)的直徑大于內螺紋圓柱體(103)的直徑；所述連接管(200)有外螺紋；所述膨脹組件(100)和連接管(200)通過螺紋連接；所述銅基記憶合金補貼管的制備方法包括以下步驟：(1)根據所述的銅基記憶合金的成分稱取原料并進行熔煉，然后在冷卻系統中進行冷卻，制得鑄錠；(2)將步驟(1)得到的鑄錠進行熱機械處理，得到補貼管；(3)在補貼管的膨脹組件(100)和連接管(200)間涂密封劑；所述冷卻系統為定向凝固冷卻系統；所述冷卻系統采用干冰或液氮進行冷卻，所述冷卻系統中冷卻設備采用金屬銅作底座；步驟(2)中所述熱機械處理為均化處理、形變熱處理、定型熱處理和除空位處理；所述形變熱處理包括熱鍛和連接；所述形變熱處理中的熱鍛為：將經過均化處理后的鑄錠在蒸汽錘中進行鍛打，其始鍛溫度為820～840℃，終止溫度為600～620℃；所述形變熱處理中的連接為：將經過熱鍛處理后的鑄錠與連接管進行連接，得到半成品；所述定型熱處理為：將經過形變熱處理后的半成品在800～820℃下進行保溫，然后進行冷卻；所述除空位處理為：將經過定型熱處理的半成品在100～150℃下保溫30～60min。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述補貼管采用的銅基記憶合金按質量百分比計包括以下元素：3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述膨脹組件(100)的個數＞1。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述連接管(200)的個數＞1。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述連接管(200)為無縫管。6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述連接管(200)的材料為低碳鋼、奧氏體不銹鋼或鋁青銅中任意一種。7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述連接管(200)的壁厚為2.5～3.5mm。8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐嘉輝，
申請(專利權)人：無錫源創機械科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32