微米TiB2+纳米SiCp/Al-Zn-Mg-Cu轻质复合钻杆材料制备与强化机制

基本信息
批准号:51804130
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:马银龙
学科分类:
依托单位:吉林大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李大伟,张弛,赵新哲,吴金昊,朱家宁
关键词:
钻杆材料颗粒增强力学性能组织制备工艺
结项摘要

The project originating from the urgent demands for high-performance lightweight drill pipe in deep well and ultra-deep well exploration, overcomes the key challenges such as “mixed uniform difficulty, easy aggregation of particles and difficult interface control” etc., and proposes a new micro-sized TiB2 particles and nanometer silicon carbide particles (nano-sized SiCp) reinforced Al-Zn-Mg-Cu alloy for composite drill pipe material, which is prepared by a new strategy of synergistic enhancement of nanometer and micron particles. Also, key scientific problems are studied in the project, including the formation mechanism, evolution law, interfacial microstructure and strengthening and toughening mechanism of the composite microstructure. The composite material with homogenous microstructure and excellent performances is successfully fabricated by optimizing parameters of particle surface pretreatment, ball milling, semi-solid stirring, medium temperature extrusion and heat treatment process. By analyzing the influence of the addition amount, mixture ratio and dispersibility of strengthening phases on the microstructures and interfacial structures, the formation and evolution mechanisms are revealed. The microstructures and mechanical properties at room and elevated temperature of the nano-sized SiCp and micron-sized TiB2 + nano-sized SiCp bimodal sized composites are studied. The strengthening mechanisms at room and elevated temperature of nano-sized and micron-sized + nano-sized bimodal sized composites are revealed. Based on the study on performance evaluation and optimization of preparation parameters, controllable preparation of micron-sized TiB2 + nano-sized SiCp /Al-Zn-Mg-Cu composite for drill pipe can be achieved, which has reference meaning for the development of lightweight and high strength high aluminum drill pipe.

本项目面向国家在深井、超深井勘探对高性能轻质钻杆的迫切需求,针对“混合均匀难、颗粒易团聚、界面调控难”等关键难题,采用纳米、微米颗粒协同强化设计新思路,制备新型微米TiB2与纳米SiCp混杂增强Al-Zn-Mg-Cu合金的复合钻杆材料,并对复合组织形成演化机制、界面微结构和强韧化机制等关键科学问题开展研究。探索和优化颗粒表面预处理、球磨预分散、半固态搅拌、中温挤压和热处理工艺与参数,获得组织均匀和性能优异的复合材料的制备工艺。探索增强相添加量、混杂比及分散性对材料的微观组织和界面结构的影响规律,揭示其组织形成机制与演化规律。研究纳米和微米+纳米双尺寸混杂对复合材料组织、室温和高温力学性能的影响规律,揭示出纳米和微米+纳米混杂复合材料的室温和高温强化机制。基于性能评价和制备参数优化,实现微米TiB2+纳米SiCp/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的可控制备,为开发轻质高强铝合金钻杆提供借鉴。

项目摘要

本项目面向国家在深井、超深井勘探对高性能轻质钻杆的迫切需求,针对“混合均匀难、颗粒易团聚、界面调控难”等关键难题,采用纳米、微米颗粒协同强化设计新思路,制备新型微米TiB2与纳米SiCp混杂增强Al-Zn-Mg-Cu合金的复合钻杆材料,并对复合组织形成演化机制、界面微结构和强韧化机制等关键科学问题开展研究。探索和优化颗粒表面预处理、球磨预分散、半固态搅拌、中温挤压和热处理工艺与参数,获得组织均匀和性能优异的复合材料的制备工艺。探索了增强相添加量、混杂比及分散性对材料的微观组织和界面结构的影响规律,揭示其组织形成机制与演化规律。研究纳米和微米+纳米双尺寸混杂对复合材料组织、室温和高温力学性能的影响规律,揭示出纳米和微米+纳米混杂复合材料的室温和高温强化机制。基于性能评价和制备参数优化,实现了微米TiB2+纳米SiCp/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的可控制备,为开发轻质高强铝合金钻杆提供借鉴。.本项目申报发明专利2件,授权发明专利2件,以第一资助标注发表科技论文4篇,其中SCI检索3篇(中科院一区1篇,中科院二区1篇),中文核心论文1篇。制备样品20余块,参加学术会议3次,1次大会报告,1次分会场报告。采用“超声波预分散+溶剂辅助预分散+机械球磨”相结合的混料方法,有效提高了增强体在基体中的分散均匀度,减弱团聚现象,采用“真空热压烧结+中温挤压”的成型工艺,提高复合材料的致密度,抑制晶粒的长大,实现了轻质耐温高强的铝合金钻杆材料可控制备。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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