[发明专利]纳米结构的粉末金属压制品

说明书

交叉引用的相关申请

本申请要求2011年8月30日提交的美国申请No.13/220832的权益，其在此以其全部引入作为参考。

发明背景

石油和天然气井经常利用井筒组件或工具，其由于它们的功能而仅需要具有有限的使用寿命，其明显小于井的使用寿命。在组件或工具的使用功能完成后，必须将它除去或者处置，目的是恢复流体路径的初始尺寸，供包括烃的生产、CO₂封存等应用。组件或工具的处置通常通过在井筒外对组件或工具研磨或者钻孔来进行，其通常是耗时的和昂贵的操作。

为了消除对于研磨或者钻孔操作的需要，已经提出了使用不同的可溶解或可腐蚀材料，通过溶解或腐蚀来从井筒中除去组件或工具。虽然这些材料是有用的，但是还非常令人期望这些材料重量轻和具有高强度，包括与用于形成井筒组件或工具的常规工程材料(例如不同等级的钢)相当的强度。因此，非常期望进一步改进可溶解或者可腐蚀材料来提高它们的强度、腐蚀性和可制造性。

发明内容

在一种示例性实施方案中，公开了一种粉末金属压制品。该粉末金属压制品包含胞状纳米基质，该胞状纳米基质包含金属纳米基质材料。该粉末金属压制品还包含多个分散的颗粒，该多个分散的颗粒包含分散在该胞状纳米基质中的金属颗粒核材料，该颗粒核材料包含纳米结构化材料。

附图说明

现在参考附图，其中在几个图中相同的元件采用相同的附图标记：

图1是粉末10和粉末颗粒12的一种示例性实施方案的示意图；

图2是如这里公开的具有分散的颗粒的各向等大构造的粉末压制品的一种示例性实施方案的示意图；

图3是如这里公开的具有分散的颗粒的显著伸长构造的粉末压制品的一种示例性实施方案的示意图；

图4是具有胞状纳米基质和分散的颗粒的显著伸长构造的粉末压制品的一种示例性实施方案的示意图，其中该胞状纳米基质和分散的颗粒是基本上连续的；和

图5是具有胞状纳米基质和分散的颗粒的显著伸长构造的粉末压制品的一种示例性实施方案的示意图，其中该胞状纳米基质和分散的颗粒是基本上不连续的。

具体实施方式

公开了一种具有分散的颗粒的轻重量、高强度纳米基质材料，该分散的颗粒包含纳米结构的颗粒核材料。用于形成这些纳米基质材料的纳米结构的颗粒核材料是高强度材料。它们的强度也可以通过将纳米结构掺入该纳米基质材料中来增强。这些合金的强度还可以通过掺入不同的增强子颗粒和第二颗粒来改进。所公开的纳米基质材料也可以混入不同的微结构特征来控制合金的机械性能，例如混入基本上伸长的颗粒微结构来增强合金强度，或者处于合金微结构中的多峰粒度来增强断裂韧度，或者其组合来控制强度、断裂韧度二者和其他合金性能。

这里公开的纳米基质材料可以用于全部的应用形式和应用环境，包括用于不同的井筒环境，来制造不同的轻重量、高强度制品，包括井下制品，特别是工具或者其他井下组件。除了它们的轻重量、高强度特性之外，这些纳米基质材料可以描述为受控的电解材料，其可以从井筒中可选择地和可控地处置、降解、溶解、腐蚀或者以其他方式除去。用于耐久的和可处置或可降解的二者的制品的许多其他应用是可能的。在一种实施方案中，这些轻重量、高强度和可选择地和可控地降解的材料包括由涂覆的粉末材料形成的全致密的烧结的粉末压制品，所述涂覆的粉末材料包含不同的轻重量颗粒核，并且核材料具有不同的单层和多层纳米级涂层。在另一种实施方案中，这些材料包括可选择地和可控地降解的材料，可以包括由这些涂覆的粉末材料形成的粉末压制品，其并非全致密的或并非烧结的或者其组合。