[发明专利]铝合金粉末金属压块

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年8月30日提交的美国申请号13/220822的权益，其经此引用全文并入本文。

背景技术

石油和天然气井常常使用井孔部件或工具，由于它们的功能，这些部件或工具仅需要具有有限的使用寿命，该使用寿命显著低于井的使用寿命。在部件或工具的使用功能完成后，必须将其去除或处置以恢复用于包括烃生产、CO₂封存等等的用途的流体通道的原始尺寸。部件或工具的处置通常通过铣削或钻削该部件或工具出井孔来实施，这通常会耗费时间，并且操作昂贵。

为了消除对铣削或钻削操作的需要，已经提出了使用各种可溶或可腐蚀材料通过溶解或腐蚀从井眼中移除部件或工具。虽然这些材料是有用的，但还希望这些材料轻重量并具有高强度，包括可与用于形成井眼部件或工具的常规工程材料（如各种等级的钢材）的强度相比的强度。因此此，非常希望可溶解或可腐蚀材料的进一步改进以提高强度、可腐蚀性和可制造性。

发明概述

在一个示例性实施方案中，公开了粉末金属压块。该粉末金属压块包括包含纳米基质材料的网状纳米基质。该粉末金属压块还包括分散在网状纳米基质中的包含颗粒芯部材料的多个分散颗粒，所述颗粒芯部材料包含Al-Cu-Mg、Al-Mn、Al-Si、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn、Al-Zn-Cu、Al-Zn-Mg、Al-Zn-Cr、Al-Zn-Zr或Al-Sn-Li合金，或其组合。

附图概述

下面参照附图，其中在多张图中以类似数字标记类似元件：

图1是粉末10和粉末颗粒12的示例性实施方案的示意图；

图2是具有本文中所公开的分散颗粒的等轴构型的粉末压块的示例性实施方案的示意图；

图3是具有本文中所公开的分散颗粒的显著伸长构型的粉末压块的示例性实施方案的示意图；

图4是具有网状纳米基质与分散颗粒的显著伸长构型的粉末压块的示例性实施方案的示意图，其中该网状纳米基质与分散颗粒是基本连续的；和

图5是具有网状纳米基质与分散颗粒的显著伸长构型的粉末压块的示例性实施方案的示意图，其中该网状纳米基质与分散颗粒是基本不连续的。

发明详述

公开了轻重量、高强度铝合金纳米基质材料。用于形成这些纳米基质材料的铝合金是高强度铝合金。其强度可以通过向合金中并入纳米结构来提高。这些合金的强度也可以通过并入各种强化亚颗粒与第二颗粒来改进。公开的铝合金纳米基质材料还可以并入各种显微结构特征以控制合金机械性质，如并入显著伸长的颗粒显微结构以提高合金强度，或合金显微结构中的多峰粒度以提高断裂韧度，或其组合以控制强度、断裂韧度与其它合金性质。

本文中公开的铝合金纳米基质材料可用于所有应用方式和应用环境，包括用于各种井眼环境以制造各种轻重量高强度制品，包括井下制品，特别是工具或其它井下部件。除了它们的轻重量高强度特性之外，这些纳米基质材料还可以描述为受控的电解材料，其可以可选和可控地可处置、可降解、可溶、可腐蚀的或以其它方式可以从井眼中去除。用于耐久的和可处置或可降解的制品的许多其它应用也是可能的。在一个实施方案中，这些轻重量高强度和可选并可控地可降解材料包括由涂覆的粉末材料形成的完全致密的、烧结的粉末压块，所述涂覆的粉末材料包括各种轻重量颗粒芯部和具有各种单层与多层纳米级涂层的芯部材料。在另一个实施方案中，这些材料包括可选并可控地可降解材料，所述可降解材料可以包括由这些涂覆的粉末材料形成的非完全致密的或未烧结的粉末压块或其组合。