近年来,页岩油气开采得到了国家越来越多的重视,而可溶压裂封堵工具的应用更是极大地提高了开采效率。然而,目前有关可溶压裂封堵工具制造的核心技术均掌握在国外公司手中,严重限制了我国油气开采进程。近几年国家投入了大量经费来攻克可溶压裂封堵工具的技术瓶颈。其中,镁合金由于具有优异的性能且极易腐蚀,成为了制造可溶压裂封堵工具的首选材料。国内外众多学者开展了一系列有关可溶镁合金的研究,然而目前所报道的可溶镁合金存在性能偏低、力学性能与腐蚀性能难以协调、成本较高等诸多难题。在诸多油气开采封堵工具用可溶镁合金体系里,含Ni可溶镁合金已经被证实具有极大的开发应用价值。然而,在可溶镁合金中Ni元素的作用机理国内外尚缺乏系统研究。为此,本文基于Mg-Al、Mg-RE等性能优异的基础镁合金,通过添加Ni元素开发出了一系列高性能可溶镁合金,在此基础上深入探讨了 Ni元素对不同可溶镁合金的微观组织、力学性能及腐蚀性能的影响规律与作用机理,并选择典型可溶镁合金研究了其在不同温度及压力下的腐蚀机制。本文主要工作与结论如下:首先,基于Mg-Al系合金,研究了 Ni对Mg-8Al-0.8Zn-0.2Mn-xNi合金组织及性能的影响规律。在实验室制备的合金中,Ni优先与Al、Mn结合形成了块状AlMnNi相并使晶内析出的Mg17Al12相减少,同时合金的再结晶更加充分并形成了典型的基面织构,进而使得Mg-8Al-0.8Zn-0.2Mn-0.3Ni合金的塑性从14.9%提高到了 18.2%。Ni的加入促进了基体的微电偶腐蚀,同时由于对腐蚀有阻碍作用的Mg17Al12相含量减少,Mg-8Al-0.8Zn-0.2Mn-xNi合金的腐蚀速率显著增加。Mg-8Al-0.8Zn-0.2Mn-0.3Ni合金在93℃的3 wt.%KCl溶液中达到了 110.7 mg·cm-2·h-1的高腐蚀速率。在实验室研究基础上,本文通过两步挤压制备了工业化大尺寸Mg-8Al-0.8Zn-0.2Mn-0.3Ni可溶合金,该合金具有较高的抗拉强度(314.6 MPa)及优异的腐蚀速率(93℃的3 wt.%KCl 中为 97.61 mg·cm-2·h-1)。其次,基于Mg-RE合金,本文研究了微量Ni对其微观组织及性能的影响规律与作用机理。Ni合金化使Mg-10Gd-3Y-0.3Zr-xNi合金中的相析出行为发生较大转变,Ni优先在晶内形成纳米级Zr7Ni10相,随着Ni的增加,合金中形成含Ni的18R-LPSO相,并导致Mg5RE相减少。对于合金的力学性能而言,Zr7Ni10相作为脆性相会恶化合金的强塑性,而18R-LPSO相则可作为强化相提高了合金的强塑性。Mg-10Gd-3Y-0.3Zr-0.8Ni合金具有较高的抗压强度(596.5 MPa)和良好的抗拉强度(342.9 MPa)。而对于腐蚀行为,Zr7Ni10相以及含Ni的18R-LPSO相的电位均低于基体,作为阳极会优先腐蚀,且Zr7Ni10相对腐蚀的加速作用更大。Mg-Gd-Y-Zr-Ni合金具有良好的时效强化效果,在经过峰时效处理后基体中析出大量的β’相,使合金的强度提高了约80 MPa,其抗拉强度和拉伸屈服强度分别达到426.1 MPa及342.2 MPa,而合金的延伸率仍可保持在12.0%。时效处理后Mg-10Gd-3Y-0.3Zr-0.8Ni合金的腐蚀速率略有下降,这主要是由于基体中β’相的析出提高了腐蚀膜的稳定性。进一步地,通过在Mg-RE合金中添加高含量的Ni,本文制备了高溶解速率的Mg-Gd-Y-Ni-Zn合金。高含量Ni的添加使合金中形成14H-LPSO相、Mg2Ni相、MgGdNi4相以及γ’相。对于合金的力学性能而言,片状14H-LPSO相以及层片状的纳米γ’相起到强化合金作用,而颗粒状的Mg2Ni相及MgGdNi4相使合金中相界面数量增加和微裂纹的发生使合金力学性能下降。不同析出相均促进了合金的腐蚀,其中γ相对晶粒点蚀发生的促进作用最为显著,Mg-Gd-Y-Ni-Zn 合金在 93℃的 3 wt.%KCl 中表现出高达 241.01 mg·cm-2·h-1的腐蚀速率。该高速溶解Mg-Gd-Y-Ni-Zn合金的腐蚀速率比目前国内外已经报道的可溶镁合金的腐蚀速率高50%以上。本文通过在Mg-Al、Mg-RE系合金中添加不同含量的Ni开发了三种不同性能的可溶镁合金,并系统研究了 Ni对合金微观组织与性能的作用机理。通过Ni与其他合金元素的作用,可以形成不同类型的析出相,以起到强化力学性能或促进腐蚀性能的作用。不同类型析出相的特征调控是同时提高可溶镁合金力学与溶解性能的关键。此外,本文还探究了含Ni可溶镁合金在不同环境条件下的腐蚀行为,温度提高会促进合金中的电偶腐蚀并降低腐蚀膜的致密性,促进可溶镁合金的腐蚀。而压力则会增大腐蚀膜的致密性,减缓合金的腐蚀速率。本研究可为油气开采封堵工具用可溶镁合金的研发与应用奠定初步的理论基础。