[发明专利]制备纳米基质粉末金属压块的方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年12月8日提交的美国专利申请序列号12/633，688（“METHOD OF MAKING NANOMATRIX POWDER METAL COMPACT”）的提交日的权益。

背景技术

石油和天然气井常常利用井孔部件或工具，由于它们的功能只需要具有有限的使用寿命，该寿命显著低于井的使用寿命。在完成部件或工具的使用功能后，必须将其去除或处置以便恢复流体通道用于包括油气生产、CO₂封存等的原始尺寸。常规通过将部件或工具碾磨或钻孔进行离开井孔的部件或工具的处置，这通常是耗费时间和昂贵的操作。

为了消除对碾磨或钻进操作的需要，已经提出通过使用各种井孔流体溶解可降解的聚乳酸聚合物进行部件或工具的去除。然而，这些聚合物通常在井孔的工作温度范围内不具有表现出井孔部件或工具的功能所必要的机械强度、断裂韧性和其它机械性能，因此其应用受限。

已提出其它可降解的材料，包括某些可降解的（degradable）金属合金，该金属合金由占主要份数的反应性金属（例如Al）连同占次要份数的其它合金成分形成，所述其它合金成分例如镓、铟、铋、锡和混合物及其组合，而不排除某些再熔合金化元素，例如锌、铜、银、镉、铅及其混合物与组合。这些材料可以通过熔化这些成分的粉末，然后凝固熔体形成合金而形成。它们也可以通过以上述量将反应性金属和其它合金成分的粉末混合物进行压制、压实、烧结等使用粉末冶金而形成。这些材料包括多种组合，这些组合利用它们可能不适合连同材料的降解释放到环境中的金属例如铅、镉等。此外，它们的形成可能涉及各种熔化现象，这些现象导致合金结构由各自合金成分的相平衡和凝固特性支配，且可能不会导致最优或期望的合金显微组织、机械性能或溶解特性。

因此，非常期望开发可以用于形成这样的部件和工具的材料：其具有表现出它们的预期功能所需的机械性能，然后使用井孔流体通过受控溶解从井孔将其去除。

发明概述

公开了制备粉末金属压块的示例性实施方案。该方法包括:形成包含多个涂覆的金属粉末颗粒的涂覆的金属粉末，所述涂覆的金属粉末颗粒具有颗粒芯部以及布置于其上的纳米级金属涂覆层，其中金属涂覆层具有一种化学组成，且颗粒芯部的化学组成不同于金属涂覆材料的化学组成；和对涂覆的粉末颗粒施加预定温度和预定压力，所述预定温度和预定压力足以通过如下方式形成粉末金属压块：固相烧结多个涂覆的粉末颗粒的纳米级金属涂覆层以形成纳米基质材料的基本上连续的网状（cellular）纳米基质、分散在网状纳米基质中的多个分散的颗粒以及遍及网状纳米基质扩展的固态结合层。

附图说明

现在参考附图，其中在多张图中以类似的数字表示类似的元素：

图1是如本文公开的粉末10的光学显微照片，所述粉末已嵌入环氧树脂样品安装材料中，且已剖开；

图2是粉末颗粒12的示例性实施方案的示意图，正如它在图1的2－2部分所代表的示例性截面视图中所呈现的；

图3是粉末颗粒12的第二示例性实施方案的示意图，正如它在图1的2－2部分所代表的第二示例性截面视图中所呈现的；

图4是粉末颗粒12的第三示例性实施方案的示意图，正如它在图1的2－2部分所代表的第三示例性截面视图中所呈现的；

图5是粉末颗粒12的第四示例性实施方案的示意图，正如它在图1的2－2部分所代表的第四示例性截面视图中所呈现的；

图6是如本文所公开的粉末的第二示例性实施方案的示意图，所述粉末具有多峰分布的颗粒尺寸；

图7如本文所公开的粉末的第三示例性实施方案的示意图，所述粉末具有多峰分布的颗粒尺寸；

图8是制造如本文所公开的粉末的方法的示例性实施方案的流程图；

图9是如本文所公开的粉末压块的示例性实施方案的光学显微照片；

图10是使用具有单层涂覆的粉末颗粒的粉末制造的图9的粉末压块的示例性实施方案的示意图，正如它沿着截面10－10所呈现的；

图11是如本文所公开的粉末压块的示例性实施方案的示意图，其具有均匀的多峰分布的颗粒尺寸；

图12是如本文所公开的粉末压块的示例性实施方案的示意图，其具有不均匀的、多峰分布的颗粒尺寸；

图13是如本文所公开的粉末压块的示例性实施方案的示意图，其由第一粉末和第二种粉末形成，并具有均匀的多峰分布的颗粒尺寸；