一种铝硅碲铜磁性合金、其制备方法及其应用
阅读说明：本技术 一种铝硅碲铜磁性合金、其制备方法及其应用 (Aluminum-silicon-tellurium-copper magnetic alloy, preparation method and application thereof ) 是由 周勇 叶帆 曾文广 姚彬 张江江 林江 杨志勇 郭玉洁 汤晟 张志宏 陈朝 李 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铝硅碲铜磁性合金、其制备方法及其应用。所述铝硅碲铜磁性合金包括铝、硅、铜、碲和磁性金属元素。以所述铝硅碲铜磁性合金的总质量计作100％,所述铝的含量为45.6％至51.2％,所述硅的含量为33.5％至37.5％,所述铜的含量为9.8％至19.5％,所述碲的含量为0.12％至0.48％,所述磁性金属元素的含量为0.22％至0.29％。由该合金制备的量子环具有有效防垢和/或防蜡的功能。(The invention relates to an Al-Si-Te-Cu magnetic alloy, a preparation method and application thereof. The Al-Si-Te-Cu magnetic alloy comprises Al, Si, Cu, Te and magnetic metal elements. The Al-Si-Te-Cu magnetic alloy comprises, by 100% of the total mass of the Al-Si-Te-Cu magnetic alloy, 45.6-51.2% of Al, 33.5-37.5% of Si, 9.8-19.5% of Cu, 0.12-0.48% of Te and 0.22-0.29% of magnetic metal elements. The quantum ring prepared from the alloy has the function of effectively preventing scale and/or wax.)
技术领域
本发明涉及一种碲铝硅铜磁性合金及其制备方法，特别是在防垢和防蜡之一种的应用。
背景技术
油田开采当中常常出现结蜡、结垢现象，导致油流通道截面积减小、活塞泵失灵等问题，对石油的开采带来严重困扰。目前常用的防垢、防蜡方式有机械法、物理法以及化学法,机械法主要采用热交换器装置，物理法采用声波法，化学法主要借助化学试剂，但其防垢、防结蜡综合效果均较差。
在水处理领域中，广泛使用从德国采购的高硅铝合金制成的量子环，来防止硬水的结垢，见到了良好的效果。然而现有合金制成的量子环，只对硬水的防垢有效，而对以烃为主的油气流防蜡几乎没有效果。
发明内容
本发明之一提供了一种铝硅碲铜磁性合金，其包括铝、硅、铜、碲和磁性金属元素。
在一个
具体实施方式
中，以所述铝硅碲铜磁性合金的总质量计作100％，所述铝的含量为45.6％至51.2％，所述硅的含量为33.5％至37.5％，所述铜的含量为9.8％至19.5％，所述碲的含量为0.12％至0.48％，所述磁性金属元素的含量为0.22％至0.29％。
在一个具体实施方式中，所述磁性金属元素选自铁、钴和镍中的至少一种。
本发明之二提供了一种制备根据本发明之一中任意一项所述的铝硅碲铜磁性合金的方法，其包括如下步骤：
1)在第一惰性气体的保护下，将碲铜合金融化；得到碲铜流体；
2)在第二惰性气体的保护下，将铝硅合金融化，得到铝硅流体；
3)在第三惰性气体的保护下，将所述碲铜流体和所述铝硅流体混合均匀，得到铝硅碲铜合金；
4)将所述铝硅碲铜合金在磁场中进行稳定，得到所述铝硅碲铜磁性合金。
在一个具体实施方式中，所述碲铜合金与所述铝硅合金的质量比为1：(4-9)。
在一个具体实施方式中，所述碲铜合金的型号为QTe1.2、QTe1.0和QTe0.8中的至少一种；和/或所述铝硅合金的型号为AISi42和/或AISi30。例如型号为AISi42的铝硅合金可以为沸腾炉冶炼的合金，因此，在这种冶炼方式下其型号还可以写作AISi42F。
在一个具体实施方式中，所述第一惰性气体、所述第二惰性气体、所述第三惰性气体独立地为氮气。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，于1050-1150℃将所述碲铜合金融化。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中，于760-780℃将所述铝硅合金融化。
在一个具体实施方式中，在步骤4)中，将所述铝硅碲铜合金在8000至12000Gs、磁场频率为1500至5000Hz的交变磁场中于650-700℃进行20至60分钟的稳定。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，使用的是高频电炉。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中，使用的是高频电炉。
本发明之三提供了根据本发明之一中任意一项所述的铝硅碲铜磁性合金或根据本发明之二中任意一项所述的方法制备得到的铝硅碲铜磁性合金在防垢和/或防蜡中的应用。
本发明之四提供了一种采用根据本发明之一中任意一项所述的铝硅碲铜磁性合金或根据本发明之二中任意一项所述的方法制备得到的铝硅碲铜磁性合金制成的量子环，所述量子环包括圆环状的量子环本体(10)，所述量子环本体构造成包括多个采用周向对接方式形成紧固连接的量子瓦片(11)。
在一个具体实施方式中，周向相邻的所述量子瓦片之间采用连接螺钉(2)紧固连接，所述连接螺钉的安装方向设置成与所述量子环的直径延伸方向垂直。
在一个具体实施方式中，所述量子环的宽度H与厚度L之比设置成处于1/3-3的范围内，其中L＝(D-d)/2，D为量子环100的外径，d为量子环100的内径。
本发明的有益效果：
使用本发明的铝硅碲铜磁性合金制备的量子环不但能够有效在防垢，也能防蜡，因此用于油井、集输管线等，为保障油气田高效、安全开发具有积极的促进作用。
附图说明
图1为本发明中量子环的主视图。
图2为本发明中量子环的俯视图。
图3为本发明中一个实施例的安装示意图。
图4为本发明中的DN80量子环对硬水除垢效果对比照片。其中，左图为用量子环处理前的结垢情况，右图为用量子环处理后的结垢情况。
图5为本发明中的DN80量子环对原油粘温曲线的对比曲线。
其中：100-量子环、2-连接螺钉、10-量子环本体、11-量子瓦片、12-连接通孔、13-螺纹盲孔、20-管道。
具体实施方式
以下通过优选的实施案例的形式对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但其不构成对本发明的限制。
如无特别说明，本发明的实施例中的试剂均可通过商业途径购买。
在型号为QTe1.2的碲铜合金棒中，碲含量为1.2％，铜含量为98％。
在型号为AISi42F的铝硅合金锭中，铝含量为57％，硅含量为42％。
实施例1
1)在氮气的保护下，将30kg型号为QTe1.2的碲铜合金棒加入到100Kg的高频电炉中，于1100℃融化；得到碲铜流体；
2)在氮气的保护下，将170kg型号为AISi42F的铝硅合金锭加入到500Kg的高频电炉中，于770℃融化，得到铝硅流体；
3)在氮气的保护下，将所述碲铜流体和所述铝硅流体混合均匀后，浇铸成铝硅碲铜合金铸件；
4)将所述铝硅碲铜合金铸件置于磁场强度为10000Gs、磁场频率为3000Hz的环境下加热至680℃，稳定40min，然后自然冷却至室温，得到所述铝硅碲铜磁性合金。
按照《铜及铜合金废料杂质元素的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法(SN/T4377-2015)》标准规定的方法和设备测定合金中各元素的含量：铝硅碲铜磁性合金的总质量计作100％，铝的含量为48.5％，硅的含量为35.5％，铜的含量为14.5％，碲的含量为0.15％，磁性金属元素铁和镍的含量共计为0.25％，余量为杂质。
实施例2
在型号为QTe1.2的碲铜合金棒中，碲含量为1.2％，铜含量为98％。
在型号为AISi42F的铝硅合金锭中，铝含量为57％，硅含量为42％。
1)在氮气的保护下，将30kg型号为QTe1.2的碲铜合金棒加入到100Kg的高频电炉中，于1050℃融化；得到碲铜流体；
2)在氮气的保护下，将170kg型号为AISi42F的铝硅合金锭加入到500Kg的高频电炉中，于760℃融化，得到铝硅流体；
3)在氮气的保护下，将所述碲铜流体和所述铝硅流体混合均匀后，浇铸成铝硅碲铜合金铸件；
4)将所述铝硅碲铜合金铸件置于磁场强度为10000Gs、磁场频率为3000Hz的交变磁场的环境下，加热至650℃，稳定20min，然后自然冷却至室温，得到所述铝硅碲铜磁性合金。
按照《铜及铜合金废料杂质元素的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法(SN/T4377-2015)》标准规定的方法和设备测定合金中各元素的含量：铝硅碲铜磁性合金的总质量计作100％，铝的含量为48.5％，硅的含量为35.5％，铜的含量为14.5％，碲的含量为0.15％，磁性金属元素铁和镍的含量为0.27％，余量为杂质。
实施例3
在型号为QTe1.2的碲铜合金棒中，碲含量为1.2％，铜含量为98％。
在型号为AISi42F的铝硅合金锭中，铝含量为57％，硅含量为42％。
1)在氮气的保护下，将30kg型号为QTe1.2的碲铜合金棒加入到100Kg的高频电炉中，于1150℃融化；得到碲铜流体；
2)在氮气的保护下，将170kg上述铝硅合金锭加入到500Kg的高频电炉中，于780℃融化，得到铝硅流体；
3)在氮气的保护下，将所述碲铜流体和所述铝硅流体混合均匀后，浇铸成铝硅碲铜合金铸件；
4)将所述铝硅碲铜合金铸件置于磁场强度为10000Gs、磁场频率为3000Hz的交变磁场的环境下，加热至700℃，稳定60min，然后自然冷却至室温，得到所述铝硅碲铜磁性合金。
按照《铜及铜合金废料杂质元素的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法(SN/T4377-2015)》标准规定的方法和设备测定合金中各元素的含量：铝硅碲铜磁性合金的总质量计作100％，铝的含量为48.5％，硅的含量为35.6％，铜的含量为14.7％，碲的含量为0.15％，磁性金属元素铁和镍的含量为0.22％，余量为杂质。
实施例4
1)在氮气的保护下，将40kg型号为QTe1.2的碲铜合金棒加入到100Kg的高频电炉中，于1100℃融化；得到碲铜流体；
2)在氮气的保护下，将160kg型号为AISi42F的铝硅合金锭加入到500Kg的高频电炉中，于770℃融化，得到铝硅流体；
3)在氮气的保护下，将所述碲铜流体和所述铝硅流体混合均匀后，浇铸成铝硅碲铜合金铸件；
4)将所述铝硅碲铜合金铸件置于磁场强度为12000Gs、磁场频率为5000Hz的交变磁场的环境下，加热至680℃，稳定40min，然后自然冷却至室温，得到所述铝硅碲铜磁性合金。
按照《铜及铜合金废料杂质元素的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法(SN/T4377-2015)》标准规定的方法和设备测定合金中各元素的含量：铝硅碲铜磁性合金的总质量计作100％，铝的含量为45.6％，硅的含量为33.5％，铜的含量为19.5％，碲的含量为0.48％，磁性金属元素铁和镍的含量为0.29％，余量为杂质。
实施例5
1)在氮气的保护下，将20kg型号为QTe1.2的碲铜合金棒加入到100Kg的高频电炉中，于1100℃融化；得到碲铜流体；
2)在氮气的保护下，180kg型号为AISi42F的铝硅合金锭加入到500Kg的高频电炉中，于770℃融化，得到铝硅流体；
3)在氮气的保护下，将所述碲铜流体和所述铝硅流体混合均匀后，浇铸成铝硅碲铜合金铸件；
4)将所述铝硅碲铜合金铸件置于磁场强度为8000Gs、磁场频率为1500Hz的交变磁场的内，加热至680℃，稳定40min，然后自然冷却至室温，得到所述铝硅碲铜磁性合金。
按照《铜及铜合金废料杂质元素的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法(SN/T4377-2015)》标准规定的方法和设备测定合金中各元素的含量：铝硅碲铜磁性合金的总质量计作100％，铝的含量为51.2％，硅的含量为37.5％，铜的含量为9.8％，碲的含量为0.12％，磁性金属元素铁和镍的含量为0.26％，余量为杂质。
实施例6
量子环的制备
图1和图2共同显示了本发明的量子环的结构。如图1所示，量子环100包括量子环本体10，量子环本体10呈圆环状。量子环本体10构造成包括多个量子瓦片10，量子瓦片11设置成弧形。多个量子瓦片10设置成等径同心等宽结构。在图1所示实施例中，量子环本体10设置成包括3个量子瓦片10。
根据本发明，多个量子瓦片11采用对接方式而形成圆环状的量子环本体10。周向相邻的量子环本体10之间采用连接螺钉2紧固连接。如图1所示，在量子瓦片11的第一周向端面设有用于安装连接螺钉2的连接通孔12，连接通孔12沿垂直于量子瓦片11的第一周向端面方向延伸并贯穿量子瓦片11。在量子瓦片11的第二周向端面设有能够与连接通孔12对应的螺纹盲孔13，螺纹盲孔13沿垂直于量子瓦片11的第二周向端面的方向部分延伸。
量子环100对接安装时，将量子瓦片11的第一周向端面与周向相邻的另一个量子瓦片11的第二周向端面对接，从而使一个量子瓦片11的第一周向端面上的连接通孔12与周向相邻的量子瓦片11上的第二周向端面上的螺纹盲孔13适配对接。连接螺钉2穿过连接通孔12并固定安装到螺纹盲孔13中与螺纹盲孔形成固定连接，从而使周向相邻的量子瓦片11形成紧固连接。由此，将多个量子瓦片11对接形成圆环状的量子环100。量子环100安装完成后，连接螺钉2的中心轴线方向与量子环100的直径方向垂直。连接螺钉2优选采用M10螺钉。连接螺钉2的这种安装方式不仅能够有效保证周向相邻的量子瓦片11之间连接的紧固性，而且便于安装拆卸。
根据本发明，量子环100的宽度H与厚度L之比设置成处于1/3到3的范围内，其中L＝(D-d)/2。H为量子环100的宽度，L为量子环100的厚度，D为量子环100的外径，d为量子环100的内径。
在实际使用时，如图3所示，量子环100套装在管道20的外部。为了增强量子环100的效果，可以按照图3所示的安装方式，在管道外部套设安装1到3个量子环100，且轴向相邻的量子环100间隔开设置。根据本发明的量子环100的内径d根据使用的管道20的外径进行设置，量子环100的内径d设置成比管道20的外径大3-5mm。这样非常便于将量子环100套设安装在管道20上。
实施例7
防垢性能测定
用实施例1至5的合金分别根据制成实施例6制成量子环，置于DN50的管路上，将含油污水以每秒0.5米的速度流过。以未在DN50管路上安装量子环的设置作为处理前。利用挂片法来测定量子环处理前后的结垢速率，结果见表1。其中，采用实施例1的合金制备的量子环处理前后的结垢情况见图4。
表1
实施例
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
处理前结垢速度(mm/a)
22
16
19.5
18
21
处理后结垢速度(mm/a)
1.8
1.05
1.35
3.2
3.6
防垢率(％)
91.2
93.4
93.1
82.2
82.9
实施例8
防蜡性能测定
用实施例1至5的合金分别根据实施例6制成量子环，安装在TK201井原油出口管路上。以未在TK201井原油出口管路上安装量子环的设置作为处理前。按照SY/T6300行业标准的方法测定量子环处理前后的结蜡速度，结果见表2。
表2
实施例
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
处理前结蜡速度(mm/d)
17
17
17
17
17
处理后结蜡速度(mm/d)
2.6
2.45
2.2
4.5
3.8
防蜡率(％)
84.7
85.6
87.1
73.5
77.6
实施例9
原油粘度的测定
用实施例1至5的合金分别根据实施例6制成量子环，安装在TK201井原油出口管路上。以未在TK201井原油出口管路上安装量子环的设置作为处理前。按照SY/T6300行业标准的方法测定量子环处理前后的原油在不同温度下的粘度。其中采用实施例1的合金制备的量子环处理前后的原油与温度的曲线图见图5。
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