[发明专利]自溶解材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自溶解材料及其制备方法。

背景技术

在矿产(例如油气)开采作业时，经常需要向井下投入某些具有特定功能的材料(例如桥塞、压裂球)。这些材料在完成使命后会阻碍下一步作业的操作，过去通常采用返排工序将其返回地面，这就大大增加作业成本，降低生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自溶解材料及其制备方法，所制备的自溶解材料能够在电解质溶液中自动溶解。

根据本发明的一个方面，提供一种自溶解材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供至少两种金属原料和具有多孔或多层微观结构的陶瓷粉体作为原料；

(2)采用粉末冶金工艺或熔炼浇铸成型工艺将上述原料复合形成自溶解材料。

优选情况下，金属原料选自铁、镁、铝、铜、硅、钙、镍、锌、钛中的两种或两种以上。

优选情况下，陶瓷粉体选自硅藻土、沸石、白炭黑、云母、蛭石中的一种或多种。

优选情况下，其中陶瓷粉体原料在混合前先通过化学镀工艺在其表面包覆一薄层金属。具体地，化学镀工艺是采用将陶瓷粉体原料加入到金属盐的氨性溶液中，再通过加压氢还原工艺得到金属包覆的陶瓷粉体。具体地，包覆的薄层金属与金属原料中的至少一种相同。

优选情况下，还包括步骤：

(3)将成型后的自溶解材料加工成所需形状和尺寸，形成内芯；

(4)在内芯外表面包覆一层金属，形成外壳。

进一步优选情况下，在相同的电解质溶液中，外壳的溶解速度小于内芯的溶解速度。

根据本发明的第二方面，提供一种上述的制备方法所制备的自溶解材料。

通过本发明所制备的自溶解材料，不仅具有较高的力学强度，还能在电解质溶液中自行溶解。从而能够广泛应用到油气等矿产资源的开发中，可以实现在井下完全可溶，不需要返回操作，大大提高了生产效率。

具体实施方式

下面通过具体实施例来描述本发明的自溶解材料的制备方法(过程)，其中原料中所使用的金属都为市售的工业原料，根据不同的成型工艺，可以选择块状或粉体，纯度一般在97wt％以上。所使用的硅藻土、沸石、云母和蛭石原料都直接采用天然矿物经粉碎而成，对其纯度并无特殊要求，为了对比，在以下实施例中示出的陶瓷粉体都采用325目以下的粒径，但本领域技术人员应该理解，在其它实施例中也可以为大于325目的粒径。所使用的白炭黑由气相法或沉淀法制得，对其纯度并无特殊要求。实施例中所采用的化学镀工艺是在高压釜中进行的，先将金属盐(例如硫酸镍、硫酸锌)溶解在氨水溶液中，再将陶瓷粉体加入到溶液中，通入氢气，在1-5MPa的压力、80-200℃下，反应1-4小时后，将所得沉淀物进行洗涤、过滤和烘干，制得金属包覆的陶瓷粉体。包覆金属的厚度在5-30微米之间。本文中所述的粉末冶金工艺或熔炼浇铸成型工艺都是本领域技术人员所熟知的技术手段，因此不再详述。

实施例1

将镁粉、铁粉和硅藻土微粉按照质量比4:4:2进行充分混合，各粉体的粒度均在325目以下。混合后加入适量的聚乙烯醇粘结剂，然后将混合粉装入模具在压力机上预压成坯体。将坯体放入高温炉中，在1200℃、氩气气氛保护下烧结2小时，制得致密的成品。

实施例2

将铝粉、铁粉和沸石微粉按照质量比5:4:1进行充分混合，各粉体的粒度均在325目以下。混合后加入适量的聚乙烯醇粘结剂，然后将混合粉装入模具在压力机上预压成坯体。将坯体放入高温炉中，在800℃、氩气气氛保护下烧结2小时，制得致密的成品。

实施例3

将铜粉、铁粉、铝粉和云母微粉按照质量比3:3:3:1进行充分混合，各粉体的粒度均在325目以下。混合后加入适量的聚乙烯醇粘结剂，然后将混合粉装入模具在压力机上预压成坯体。将坯体放入高温炉中，在1000℃、氮气气氛保护下烧结2小时，制得致密的成品。

实施例4

将镁粉、硅粉和白炭黑微粉按照质量比4.5:4.5:1进行充分混合，各粉体的粒度均在325目以下。将混合粉直接放入到热压炉的模具中，在750℃、氩气气氛保护下加压(35MPa)烧结2小时，制得致密的成品。

实施例5