Mg2Ni系储氢合金的制备及其性能研究

采用感应熔炼法制备出两种镁基储氢合金,即Mg2Ni和Mg2Ni0.9Zr0.1;对两种合金进行扩散退火处理,并对退火处理前后的金相显微组织进行了比较研究;最后对这两种合金进行了X射线衍射实验和吸放氢性能测试实验.研究结果表明该方法制备出的镁基储氢合金活化性能优良;扩散退火能显著改善镁基储氢合金的显微组织和储氢性能.     

模拟油田CO2驱采出环境下管柱腐蚀规律研究

目的明确长庆油田CO_2驱采出环境下腐蚀影响因素对碳钢油管柱腐蚀性能的影响规律,结合腐蚀环境优化匹配合适的防腐措施。方法通过失重法,利用高温高压釜模拟油田环境,得到材料的腐蚀速率,并结合扫描电子显微镜或背散射电子能谱,对试验后腐蚀产物膜形貌和腐蚀膜层横截面微观形貌进行分析。结果在模拟油田CO_2驱采出环境井筒温度为80℃的条件下,当p(CO_2)在0～5 MPa范围逐渐增大时,N80/J55管材无明显点蚀现象,且平均腐蚀速率呈直线增大趋势,最大腐蚀速率达到5.87 mm/a;当试验体系逐渐进入超临界CO_2环境(即p(CO_2)≥7MPa)时,N80/J55管材的平均腐蚀速率先减小后逐渐增大;当p(CO_2)=10 MPa时,管材的最大腐蚀速率达到6.74 mm/a。XRD物相分析得出,腐蚀产物膜主要由碳酸亚铁组成。试验溶液中加入200 mg/L的改性TG512缓蚀剂,可有效缓解管材腐蚀。当试验溶液介质含油率≥70%时,N80/J55管材的平均腐蚀速率≤0.022mm/a,且平均腐蚀速率逐渐趋于平缓。结论在模拟油田CO_2驱采出液含油率70%的环境下,N80/J55油管均为严重腐蚀,必须采取有效防腐措施才能使用。改性TG512高效缓蚀剂可有效减缓管材的腐蚀,缓蚀率达98.2%,满足油田需求。控制采出液中含水率低于30%,将会减缓井筒的腐蚀。     

低Cr钢在CO2/H2S环境中的腐蚀行为研究

目的研究低Cr钢(3%～9%)在60℃的CO_2/H_2S环境中的腐蚀行为。方法将三种低Cr钢(3Cr-H、5Cr-H、9Cr-H)加热到900℃之后,保温40min,进行水冷。对热处理之后的钢试样(依次编号3Cr-H、5Cr-H、9Cr-H)进行高温高压CO_2/H_2S腐蚀模拟实验,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对腐蚀产物膜的微观形貌和成分以及物相组成进行分析。结果 3Cr、5Cr、9Cr钢的腐蚀速率分别为0.0443、0.0372、0.0060 mm/a,且腐蚀速率随着Cr含量的增加而降低。3Cr-H、5Cr-H、9Cr-H钢的腐蚀速率分别为0.1527、0.0445、0.0070mm/a,其腐蚀速率也是随着Cr含量的增加而降低。其中,3Cr-H钢的腐蚀速率是3Cr钢的3.4倍,耐蚀性能变化明显。5Cr-H钢的腐蚀速率是5Cr钢的1.19倍。9Cr-H钢的腐蚀速率与9Cr钢相比,几乎没有差别。六种材料的腐蚀产物均为FeS化合物,并没有发现典型的FeCO_3晶体(CO_2腐蚀产物)。3Cr、5Cr、3Cr-H、5Cr-H钢的腐蚀产物均为双层膜结构,9Cr、9Cr-H钢的腐蚀产物为单层膜结构。结论热处理未影响腐蚀速率随Cr含量的变化趋势,基体中Cr含量越高,腐蚀产物膜中的Cr富集量越大,从而有助于降低其腐蚀速率。热处理对3Cr钢的显微组织及其腐蚀行为影响最为显著,不仅加剧了其均匀腐蚀,而且促进了点蚀的发生,这是因为热处理后,显微组织中析出第二相含Cr的碳化物,使部分区域出现了贫Cr的现象。     

环氧纳米粉末涂层现场应用评价与缓蚀剂技术研究

目的研究一种环氧纳米粉末涂层在新疆某油田的适用性与缓蚀剂技术。方法利用高温高压釜模拟涂层在新疆某油田三种典型工况条件,结合腐蚀失重法以及结合力测试、阴极剥离、扫描电子显微电镜、交流阻抗等手段,分析环氧纳米粉末涂层腐蚀后的形态及其与基体的结合度,对其服役寿命进行预测,并研究缓蚀剂添加对未涂覆、破损和完整三种涂层状态下试样腐蚀行为的影响。结果环氧纳米粉末涂层在三种典型环境中未出现鼓泡和开裂现象,且与基体结合较好。环氧纳米粉末涂层的阴极剥离半径小于5 mm,由阴极剥离半径和阻抗值所预测的寿命分别为883d和740d。破损涂层的均匀腐蚀和点蚀速率分别为0.6172 mm/a和1.5720 mm/a,而完整涂层的腐蚀速率仅为0.0029 mm/a,破损涂层阻抗值与完整涂层的阻抗值相差103倍。微量的缓蚀剂添加可降低无涂层和破损涂层试样的腐蚀速率1个数量级,其缓蚀效率分别高达91.05%和92.75%。结论环氧纳米粉末涂层在三种典型腐蚀环境中具有好的耐蚀性能,抗剥离能力也较好,阴极剥离半径与阻抗值两种方法所预测的寿命基本一致。然而涂层一旦破损,腐蚀较为严重,尤其是点蚀,微量缓蚀剂的添加可实现不同防护技术间的优势互补。     

二氧化碳驱注入井管柱温度分布及影响因素研究

二氧化碳驱既可实现提高原油采收率又可实现CO₂气体的埋存,是一项促进低碳绿色发展和应对气候变化的三次采油技术。针对二氧化碳驱注入井管柱,建立了基于CO₂分压、注入压力和注入流速的多相流腐蚀模型,明确了注入CO₂温度、压力、注入工艺对注入井管柱温度分布的影响规律。研究表明：在井口部分,由于在注入期间与注入液体接触,因此井口温度和流体温度相近;随着井口注入温度的升高,井筒内流体压力降低,压力差逐步增大;注入压力、注入流速对井筒内流体的温度分布影响不大,不同注入压力下井筒流体温度分布基本相同。研究结果可为优化井口注入参数、改进注入系统设计提供数据支持。     

Zr在Mg2Ni储氢合金中的作用

采用感应熔炼法制备了Mg2Ni1-xZrx(x=0、0.2、0.4)合金,研究了Zr的添加对Mg系储氢合金储氢性能的影响。对合金的成分和微观组织进行分析,结果表明,Zr较难融入到合金,但是Zr能使得合金晶粒得到细化,且合金中都有Mg2Ni相的形成,有利于吸氢反应的进行。利用PCT测试仪测定了合金的储氢性能,结果表明:添加Zr元素的添加能有效降低Mg2Ni的吸放氢温度,并能有效提高提高合金的吸氢量,最高吸氢量达到4.91wt%。     

Mg2Ni1-xCux (x=0, 0.2, 0.4)合金熔炼法加球磨处理后的储氢性能

采用熔炼法加球磨处理制备Mg2Ni1-xCux(x=0,0.2,0.4)合金。通过XRD和SEM/EDX对合金的相成分和微观组织进行分析。研究表明,3种合金中都有Mg2Ni相形成。随着Cu含量的增加,合金分别形成Mg2Cu相和Cu11Mg10Ni9相。PCT测量结果表明,Cu的添加可以改善合金的吸放氢性能。     

Mg17Al12基储氢合金的表面复相改性

采用机械球磨法制备Mg17Al12合金,系统研究了球磨时间对Mg17Al12形成过程的影响;并以球磨12 h的Mg17Al12合金为基体,添加5%、10%（质量分数）的Ni、Cu单质,通过机械球磨对合金进行表面复相改性。采用P-C-T测试仪测定合金的储氢性能,研究添加不同质量分数的单质对Mg17Al12合金储氢性能的影响。结果表明：球磨12 h Mg17Al12的吸氢速率较慢,吸氢时间较长,需在1400 min达到最大吸氢量为4.1%（质量分数）,接近其理论吸氢量4.4%,Mg17Al12的吸放氢过程是可逆的。Cu对Mg17Al12进行表面复相改性,可以显著改善其吸氢动力学性能,添加5%Cu和10%Cu的合金在623 K,240 min的吸氢量分别为4.07%和3.9%。经过Cu和Ni复相改性后的Mg17Al12具有较好的放氢性能,添加5%Cu合金在553 K放出3%的氢气。Ni对Mg17Al12进行表面复相改性,对其性能有一定的提高,但是和Cu相比,并不明显     

Al的添加对Mg2Ni合金储氢性能的影响

采用两步法(球磨 烧结),制备了Mg2-xAlxNi(x=0、0.1、0.3)合金,研究了Al对Mg2Ni合金储氢性能的影响.XRD和SEM研究表明Al的加入使合金中产生了Mg3AlNi2新相.利用PCT测试仪测定了合金的储氢性能,结果表明:添加Al元素会降低合金的吸氢量,但能有效地提高放电容量和循环稳定性.制备出的Mg1.9Al0.1Ni和Mg1.7Al0.3Ni相比,前者具有较大的吸氢量,后者的放电容量较大,循环稳定性较好.     

Al、Cr元素对Mg2Ni储氢合金的协同改性研究：（I）对组织结构的影响

采用烧结-机械球磨二步法制备了Mg2Ni（A2B）、Mg1.7Al0.3Ni、Mg2Ni0.8Cr0.2、Mg1.8Al0.2Ni0.8Cr0.2储氢合金材料，采用XRD和SEM研究了A侧取代元素舢和B侧取代元素Cr的加入对Mg2Ni储氢合金组织结构的影响。研究结果表明：Al、Cr元素的同时存在产生了协同改性作用，Cr元素的存在会抑制Al元素与Ni元素之间形成Al3Ni2非吸氢相，能促使Mg、Al、Ni反应形成Mg3AlNi2吸氢相；Al元素的存在会抑制Cr元素与Ni元素形成δ-[Cr，Ni]非吸氢相。