水力壓裂技術是一項應用于低豐度、低滲透油氣田的增效開采技術。施工過程中，需采用壓裂球和橋塞等工具對不同作業層的施工管柱進行封堵。由普通合金制成的壓裂球等工具如果滯留井中，會降低油井產能。日前，記者從中科院金屬所獲悉，該所已經成功開發出純水中即可溶解的可溶鋁合金材料，并且可調控該合金與水反應的起始溫度和在水中的溶解速率。

    人們很難觀察到鋁在水中溶解，因為鋁表面連續而致密的氧化膜阻礙了鋁水反應?？蒲腥藛T圍繞鋁水反應的一些基本問題開展了系列工作，發現當合金與水接觸時界面低熔點相中的鋁與水即發生放熱反應，同時鋁晶粒中的鋁原子能夠向液態的界面低熔點相中不斷擴散，借助低熔點相對鋁氧化膜的破壞和對鋁原子的傳輸作用，鋁可持續與水反應。

    為了滿足可溶鋁合金的溶解性能和力學性能，合金中需同時添加低熔點金屬和多種強化合金元素。研究人員在大量實驗基礎上對合金成分進行優化，利用細化合金晶粒和提高鋁液質量等途徑來改善合金的塑性，采用淬火和時效工藝對合金的綜合性能進行調控，最終制備出滿足實際工況需求的鋁合金材料。該合金維氏硬度接近150，抗壓強度滿足水力壓裂要求。

    目前，課題組與有關企業合作研發了壓裂球、球座和橋塞等多個產品。壓裂球已在大慶和長慶等油田獲得應用。

    延伸閱讀：

    鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。工業經濟的飛速發展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應用最多的合金。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能，物理性能和抗腐蝕性能。硬鋁合金屬AI—Cu—Mg系，一般含有少量的Mn，可熱處理強化。其特點是硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬Al一Cu—Mg—Zn系，可熱處理強化，是室溫下強度最高的鋁合金。但耐腐蝕性差，高溫軟化快。鍛鋁合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金，雖然加入元素種類多，但是含量少，因而具有優良的熱塑性，適宜鍛造，故又稱鍛造鋁合金。

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責任編輯：王元

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