[发明专利]金属基复合材料的表面涂层

权利要求书

1.一种制作金属基复合材料(MMC)工具的方法，所述方法包括：

对模具组件的内部的至少一部分涂布材料涂层的一个或多个层，所述模具组件限定渗透室的至少一部分；

将增强材料沉积到所述渗透室中；

用粘合剂材料渗透所述增强材料；以及

使所述材料涂层的所述一个或多个层中的至少一个与所述粘合剂材料发生反应并且由此在所述MMC工具的选定外表面上形成外壳。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述MMC工具是选自由以下各项组成的组的工具：油田钻头或切削工具、不可回收的钻井部件、与井筒的套管钻探相关联的铝质钻头主体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的牙轮、用于制作牙轮钻头的支撑臂的锻模所使用的模具、用于固定扩孔器的臂、用于可扩张扩孔器的臂、与可扩张扩孔器相关联的内部部件、可附接至旋转钻头的井上端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、侧壁取芯工具、打捞矛、套铣工具、用于井下钻井马达的转子、定子和/或壳体、用于井下涡轮机的叶片以及其任何组合。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述材料涂层的所述一个或多个层还包括选自由以下各项组成的组的增强颗粒：金属、金属合金、超合金、金属间化合物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷、金刚石以及其任何组合。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述MMC工具是钻头，并且所述模具组件包括模具、规环和漏斗中的一个或多个，并且其中涂布所述模具组件的所述内部的至少所述部分包括对所述模具和所述规环中的一个或多个的内壁涂布所述材料涂层的所述一个或多个层。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述模具组件包括至少一个流动通道，并且其中涂布所述模具组件的所述内部的至少所述部分还包括涂布所述至少一个流动通道的外表面。

6.如权利要求1所述的方法，其还包括用所述材料涂层的所述一个或多个层修改所述MMC工具的外表面材料特性，所述外表面材料特性选自由以下各项组成的组：耐磨性、耐腐蚀性、耐磨蚀性、刚度、硬度、屈服强度、极限拉伸强度、疲劳寿命、润滑性、疏水性、抗泥包特征、表面粗糙度以及表面能。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述材料涂层的所述一个或多个层包括选自由以下各项组成的组的材料：过渡金属、后过渡金属、半金属、碱土金属、镧系元素、非金属以及其任何合金。

8.如权利要求1所述的方法，其中使所述材料涂层的所述一个或多个层中的至少一个与所述粘合剂材料发生反应包括以下至少一项：使所述至少一个与所述粘合剂材料合金化；使所述至少一个扩散到所述粘合剂材料中；以及使所述至少一个与所述粘合剂材料相互扩散并由此在原位形成合金、金属间化合物和陶瓷中的至少一项。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述材料涂层的所述一个或多个层至少包括第一层和第二层，所述方法还包括通过以下至少一项来使所述第一层与所述第二层发生反应：使所述第一层与所述第二层合金化；使所述第一层扩散到所述第二层中；以及使所述第一层与所述第二层相互扩散并由此在原位形成合金、金属间化合物和陶瓷中的至少一项。

10.如权利要求1所述的方法，其中对所述模具组件的所述内部的至少所述部分涂布所述材料涂层的所述一个或多个层包括用选自由以下各项组成的组的工艺来沉积所述材料涂层的所述一个或多个层：物理气相沉积、化学气相沉积、溅镀、脉冲激光沉积、化学溶液沉积、等离子体增强化学气相沉积、阴极电弧沉积、电流体动力沉积、离子辅助电子束沉积、电解电镀、无电式电镀、热蒸发、旋涂、将所述模具组件的所述内部的所述部分浸渍在熔融金属浴中以及形成和放置箔片。

11.如权利要求1所述的方法，其还包括遮蔽所述模具组件的所述内部以在所述模具组件的内表面上的所需位置处选择性地沉积所述材料涂层的所述一个或多个层。

12.如权利要求1所述的方法，其还包括改变所述材料涂层的所述一个或多个层在所述模具组件的内表面上的所需位置处的厚度。