BR112013002323B1

BR112013002323B1 - Compósito de metal em pó

Info

Publication number: BR112013002323B1
Application number: BR112013002323-6A
Authority: BR
Inventors: Xu Zhiyue; Chakraborty Soma; Agrawal Gaurav
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2018-07-10
Also published as: BR112013002323A8; GB2494365B; NO346997B1; CA2806714C; AU2011283147A1; GB201300395D0; CN103038005B; DK178325B1; GB2494365A; CA2806714A1; CN103038005A; US8425651B2; US20120024109A1; WO2012015567A2; BR112013002323A2; MY163335A; NO20130051A1; WO2012015567A3; DK201300060A; AU2011283147B2

Abstract

compósito de metal de nanomatriz. a presente invenção refere-se a um compósito de metal em pó. compósito de metal em pó inclui uma nanomatriz celular substancialmente contínua compreendendo um material de nanomatriz. o compósito também inclui uma pluralidade de primeiras partículas dispersas cada uma compreendendo um primeiro material de núcleo de partícula compreendendo mg, al, zn ou mn, ou uma combinação dos mesmos, dispersas na nanomatriz; uma pluralidade de segundas partículas dispersas entremeadas com as primeiras partículas dispersas, cada uma compreendendo um segundo material de núcleo de partícula compreendendo uma nanopartícula de carbono; e uma camada de ligação de estado sólido se estendendo ao longo da nanomatriz entre as primeiras e segundas partículas dispersas. os compósitos de metal em pó de nanomatriz são exclusivamente de materiais de peso leve, de resistência alta que também fornecem propriedades de corrosão exclusivamente selecionáveis e controláveis, incluindo taxas de corrosão muito rápidas, úteis para fazer uma ampla variedade de artigos degradantes ou descartáveis, incluindo várias ferramentas e componentes de fundo de poço.

Description

(54) Título: COMPÓSITO DE METAL EM PÓ (51) Int.CI.: B22F 1/00; B82B 1/00 (30) Prioridade Unionista: 30/07/2010 US 12/847,594 (73) Titular(es): BAKER HUGHES INCORPORATED (72) Inventor(es): ZHIYUE XU; SOMA CHAKRABORTY; GAURAV AGRAWAL

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMPÓSITO DE METAL EM PÓ.

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica o benefício do Pedido de Pa5 tente U. S. 12/847.594, depositado em 30 de julho de 2010, que é aqui incorporado por referência em sua totalidade. Este pedido de patente contém assunto relacionado aos assuntos dos seguintes pedidos de patente copendentes: pedido de patente U. S. 12.633.682; 12/633.686; 12/633.688; 12/633.678; 12/633.683; 12/633.662; 12/633.677; e 12/633.668, que foram todos deposi10 tados em 8 de dezembro de 2009; os quais são atribuídos ao mesmo cessionário deste pedido de patente, Baker Hughes Incorporated of Houston, Texas; e que são aqui incorporados por referência em sua totalidade. ANTECEDENTES

Operadores na indústria de perfuração e acabamento de fundo de poço frequentemente utilizam componentes ou ferramentas de perfuração que, devido à sua função, são apenas requeridas ter vidas úteis limitadas que são consideravelmente menos que a vida útil do poço. Após uma função de serviço do componente ou da ferramenta ser concluída, ela deva ser removida ou descartada para recuperar o tamanho original da via de fluido pa20 ra o uso, incluindo, por exemplo, produção de hidrocarboneto, sequestro de CO2, etc. Descarte dos componentes ou ferramentas foi convencionalmente realizado fresando ou perfurando o componente ou ferramenta fora do furo de sondagem. Tais operações são em geral duradouras e caras.

Para eliminar a necessidade de operações de fresagem ou per25 furação, a remoção de componentes ou ferramentas por dissolução dos polímeros poliláticos degradantes usando vários fluidos de poço foi proposta. Porém, estes polímeros em geral não têm a resistência mecânica, resistência à fratura e outras propriedades mecânicas necessárias para executar as funções de componentes ou ferramentas de poço na faixa de temperatura operacional do poço, portanto, sua aplicação encontrou-se limitada.

Portanto, o desenvolvimento de materiais que podem ser usados para formar componentes e ferramentas de poço tendo as propriedades mePetição 870180021223, de 16/03/2018, pág. 5/15

2/40 cânicas necessárias para executar sua função intencionada e depois removidos do poço através de dissolução controlada usando fluidos de poço são muito desejáveis.

SUMÁRIO

Uma modalidade exemplar de compósito de metal em pó é revelada. O compósito de pó inclui uma nanomatriz celular, substancialmente contínua compreendendo um material de nanomatriz. O compósito também inclui uma pluralidade de primeiras partículas dispersas cada compreendendo um primeiro material de núcleo de partícula compreendendo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, disperso na nanomatriz celular. O compósito também inclui uma pluralidade de segundas partículas dispersas entremeadas com as primeiras partículas dispersas, cada compreendendo um segundo material de núcleo de partícula compreendendo uma nanopartícula de carbono. O compósito também inclui uma camada de ligação de estado sólido que se estende ao longo da nanomatriz celular entre as primeiras partículas dispersas e as segundas partículas dispersas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Referindo-se agora aos desenhos, em que os elementos iguais são idênticos nas várias Figuras:

FIG. 1 é um fotomicrógrafo de um primeiro pó 10 como revelado aqui que foi embutido em um material de montagem de espécime de epóxi e seccionado;

FIG. 2 é uma ilustração esquemática de uma modalidade exemplar de uma partícula de pó 12 como aparecería em uma vista de seção exemplar representada pela seção 2-2 da FIG. 1;

FIG. 3 é uma ilustração esquemática de uma segunda modalidade exemplar de uma partícula de pó 12 como aparecería em uma segunda vista de seção exemplar representada pela seção 2-2 da FIG. 1;

FIG. 4 é uma ilustração esquemática de uma terceira modalidade exemplar de uma partícula de pó 12 como aparecería em uma terceira vista de seção exemplar representada pela seção 2-2 da FIG. 1;

FIG. 5 é uma ilustração esquemática de uma quarta modalidade

3/40 exemplar de uma partícula de pó 12 como aparecería em uma quarta vista de seção exemplar representada pela seção 2-2 da FIG. 1;

FIG. 6 é uma ilustração esquemática de uma segunda modalidade exemplar de um pó como revelado aqui tendo uma distribuição multimodal de tamanhos de partícula;

FIG. 7 é uma ilustração esquemática de uma terceira modalidade exemplar de um pó como revelado aqui tendo uma distribuição multimodal de tamanhos de partícula;

FIG. 8 é um fluxograma de uma modalidade exemplar de um método de fazer um pó como revelado aqui;

FIG. 9 é um esquemático de ilustração de uma modalidade exemplar das primeiras e segundas partículas de pó adjacentes de um compósito de pó feito usando uma mistura de pó tendo partículas de pó revestidas com camada simples;

FIG. 10 é uma ilustração esquemática de uma modalidade exemplar de um compósito de pó como revelado aqui formado de um primeiro pó e um segundo pó e tendo uma distribuição multimodal homogênea de tamanhos de partícula;

FIG. 11 é uma ilustração esquemática de uma modalidade exemplar de um compósito de pó como revelado aqui formado de um primeiro pó e um segundo pó e tendo uma distribuição multimodal não homogênea de tamanhos de partícula.

FIG. 12 é um esquemático de ilustração de outra modalidade exemplar das primeiras e segundas partículas de pó adjacentes de um compósito de pó feito usando uma mistura de pó tendo partículas de pó revestidas com camada múltiplas;

FIG. 13 é uma ilustração de corte transversal esquemática de uma modalidade exemplar de um compósito de pó de precursor; e

FIG. 14 é um fluxograma de um método exemplar de fazer um compósito de pó como revelado aqui.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Materiais metálicos de peso leve, de resistência alta são revela4/40 dos que podem ser usados em uma ampla variedade de aplicações e ambientes de aplicação, incluindo o uso em vários ambientes de poço para fazer várias ferramentas de fundo de poço de resistência alta seletiva e controlavelmente descartáveis ou degradantes, ou outros componentes de fundo de poço, como também muitas outras aplicações para o uso em artigos duráveis e descartáveis ou degradantes. Estes materiais de peso leve, de resistência alta e seletiva e controlavelmente degradantes incluem compósitos de pó completamente densos, sinterizados formados de materiais em pó revestidos que incluem vários núcleos de partícula de peso leve e materiais de núcleo tendo vários revestimentos de nanoescala de camada simples e de camadas múltiplas. Estes compósitos de pó são feitos de pós metálicos revestidos que incluem vários núcleos de partícula eletroquimicamente ativos (por exemplo, tendo potenciais de oxidação padrões relativamente mais altos), de peso leve, de resistência alta e materiais de núcleo, tais como metais eletroquimicamente ativos que são dispersos dentro de uma nanomatriz celular formada das várias camadas de revestimento metálico de nanoescala de materiais de revestimento metálicos, e são particularmente úteis em aplicações de poço. Estes compósitos de pó também incluem nanopartículas de carbono metalizadas dispersas. As nanopartículas de carbono podem também ser revestidas com vários revestimentos de nanoescala de camada simples e camadas múltiplas que podem incluir os mesmos revestimentos que são usados para revestir os núcleos de partícula de metal. As nanopartícuias de carbono metalizadas agem como agentes fortalecedores dentro da microestrutura do compósito de pó. Elas também podem ser usadas para ainda reduzir a densidade dos compósitos de pó substituindo as nanopartículas de carbono para uma porção dos núcleos de partícula de metal dentro da nanomatriz. Usando os mesmos materiais de revestimentos, ou similares, como são usados para revestir os núcleos de partícula, os revestimentos para as nanopartículas de carbono são também incorporados na nanomatriz celular.

Estes compósitos de pó fornecem uma combinação única e vantajosa das propriedades de resistência mecânica, tais como resistência à

5/40 compressão e cisalhamento, densidade baixa e propriedades de corrosão selecionáveis e controláveis, particularmente dissolução rápida e controlada em vários fluidos de poço. Por exemplo, o núcleo de partícula e suas camadas de revestimento destes pós podem ser selecionados para fornecer compósitos de pó sinterizados adequados para o uso como materiais engenheirados de resistência alta tendo uma resistência compressiva e resistência ao cisalhamento comparáveis a vários outros materiais engenheirados, incluindo aços de carbono, inoxidável e de liga, mas que também têm uma densidade baixa comparável a vários polímeros, elastômeros, cerâmicas porosas de densidade baixa e materiais de compósitos. Como ainda outro exemplo, estes pós e materiais de compósitos de pó podem ser configurados para fornecer uma degradação ou descarte selecionável e controlável em resposta a uma alteração em uma condição ambiental, tal como uma transição de uma taxa de dissolução muito baixa a uma taxa de dissolução muito rápida em resposta a uma alteração em uma propriedade ou condição de um poço próximo a um artigo formado do compósito, incluindo uma alteração de propriedade em um fluido de poço que entra em contato com o compósito de pó. As características de degradação ou de descarte selecionável e controlável descritas também permitem a estabilidade dimensional e resistência dos artigos, tais como ferramentas de poço ou outros componentes, feitos destes materiais serem mantidas até que não mais necessárias, em cujo momento uma condição ambiental predeterminada, tal como uma condição de poço, incluindo temperatura de fluido do poço, pressão ou valor de pH, podem ser alterados para promover sua remoção através de dissolução rápida. Estes materiais em pó e compósitos de pó revestidos e materiais engenheirados formados dos mesmos, como também métodos de fazer os mesmos, são descritos mais abaixo.

Referindo às FIGS. 1-7, um pó metálico que pode ser usado para formar compósito de pó de precursor 100 (FIG. 13) e compósitos de pó 200 (FIGS. 9-12) compreende um primeiro pó 10 que inclui uma pluralidade de primeiras partículas de pó, metálicas, revestidas 12 e segundo pó 30 que inclui uma pluralidade de segundas partículas de pó 32 que compreendem

6/40 nanopartículas de carbono. As primeiras partículas de pó 12 e as segundas partículas de pó 32 podem ser formadas e entremeadas para fornecer uma mistura de pó 5 (FIG. 7), incluindo pó de fluxo livre que pode ser vertido ou do contrário disposto em toda a maneira de formas ou moldes (não mostrados) tendo toda a maneira de formas e tamanhos e que pode ser usado para formar compósitos de pó de precursores 100 (FIG. 13) e compósitos de pó 200 (FIGS. 9-12), como descrito aqui, que pode ser usado, ou para o uso na fabricação de vários artigos de fabricação, incluindo várias ferramentas e componentes de poço.

Cada uma das primeiras partículas de pó, metálicas, revestidas 12 do primeiro pó 10 inclui um primeiro núcleo de partícula 14 e uma primeira camada de revestimento metálico 16 disposta no núcleo de partícula 14. O núcleo de partícula 14 inclui um primeiro material de núcleo 18. O material de núcleo 18 pode incluir qualquer material adequado para formar o núcleo de partícula 14 que fornece partícula de pó 12 que pode ser sinterizada para formar um compósito de pó de peso leve, de resistência alta 200 tendo características de dissolução selecionáveis e controláveis. Materiais de núcleo adequados incluem metais eletroquimicamente ativos que têm um potencial de oxidação padrão maior ou igual ao de Zn, incluindo Mg, Al, Mn ou Zn ou uma combinação dos mesmos. Estes metais eletroquimicamente ativos são muito reativos com vários fluidos de poço comuns, incluindo qualquer número de fluidos iônicos ou fluidos altamente polares, tais como aqueles que contêm vários cloretos. Exemplos incluem fluidos compreendendo cloreto de potássio (KCI), ácido clorídrico (HCl), cloreto de cálcio (CaCI₂), brometo de cálcio (CaBr₂) ou brometo de zinco (ZnBr₂). Material de núcleo 18 pode também incluir outros metais que são menos eletroquimicamente ativos que Zn ou materiais não metálicos, ou uma combinação dos mesmos. Materiais não metálicos adequados incluem cerâmicas, compósitos, vidros ou carbono, ou uma combinação dos mesmos. O material de núcleo 18 pode ser selecionado para fornecer uma taxa de dissolução alta em um fluido de poço predeterminado, mas pode também ser selecionado para fornecer uma taxa de dissolução relativamente baixa, incluindo dissolução zero, onde dissolução

7/40 rápida do material de nanomatriz leva o núcleo de partícula 14 a ser rapidamente arruinado e liberado do compósito de partícula na interface com o fluido de poço, de modo que a taxa efetiva de dissolução dos compósitos de partícula feitos usando núcleos de partícula 14 destes materiais de núcleo 18 são altos, embora o material de núcleo 18 em si pode ter uma taxa de dissolução baixa, incluindo materiais de núcleo que podem ser substancialmente insolúveis no fluido de poço.

Com respeito aos metais eletroquimicamente ativos como materiais de núcleo 18, incluindo Mg, Al, Mn ou Zn, estes metais podem ser usados como puros metais ou em qualquer combinação um com o outro, incluindo várias combinações de liga destes materiais, incluindo ligas binárias, terciárias, ou quaternárias destes materiais. Estas combinações podem também incluir compósitos destes materiais. Ainda, além das combinações uns com os outros, os materiais de núcleo Mg, Al, Mn ou Zn 18 podem também incluir outros constituintes, incluindo várias adições de liga, para alterar uma ou mais propriedades dos núcleos de partícula 14, tais como melhorar a resistência, diminuir a densidade ou alterar as características de dissolução do material de núcleo 18.

Entre os metais eletroquimicamente ativos, Mg, ou como um metal puro ou uma liga ou um material de compósito, é particularmente útil, por causa de sua densidade baixa e habilidade para formar ligas de resistência alta, como também seu grau alto de atividade eletroquímica, uma vez que tem um potencial de oxidação padrão mais alto que Al, Mn ou Zn. As ligas de Mg incluem todas as ligas que têm Mg como um constituinte de liga. Ligas de Mg que combinam outros metais eletroquimicamente ativos, como descritos aqui, como constituintes de liga são particularmente úteis, incluindo ligas binárias de Mg-Zn, Mg-AI e Mg-Mn, como também ligas terciárias de Mg-Zn-Y e Mg-AI-X, onde X inclui Zn, Mn, Si, Ca ou Y, ou uma combinação dos mesmos. Estas ligas de Mg-AI-X podem incluir, em peso, até cerca de 85% de Mg, até cerca de 15% de Al e até cerca de 5% de X. O núcleo de partícula 14eo material de núcleo 18, e particularmente metais eletroquimicamente ativos incluindo Mg, Al, Mn ou Zn, ou combinações dos mesmos,

8/40 podem também incluir um elemento de terras raras ou combinação de elementos de terras raras. Como aqui usado, elementos de terras raras incluem Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd ou Er, ou uma combinação de elementos de terras raras. Onde presente, um elemento de terras raras ou combinações de elementos de terras raras podem estar presentes, em peso, em qualquer quantidade adequada, incluindo em uma quantidade de cerca de 5% ou menos.

O núcleo de partícula 14 e o material de núcleo 18 têm uma temperatura de fusão (T_P). Como aqui usado, Τ_ΡΊ inclui a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquação ou outras formas de fusão parcial ocorrem dentro do material de núcleo 18, independente se o material de núcleo 18 compreende um metal puro, uma liga com fases múltiplas tendo temperaturas de fusão diferentes ou um compósito de materiais tendo temperaturas de fusão diferentes.

Os núcleos de partícula 14 podem ter qualquer tamanho de partícula adequado ou faixa de tamanhos de partícula ou distribuição de tamanhos de partícula. Por exemplo, os núcleos de partícula 14 podem ser selecionados para fornecer um tamanho de partícula médio que é representado por uma distribuição unimodal normal ou tipo Gaussiano ao redor de uma média ou valor médio, como ilustrado em geral na FIG. 1. Em outro exemplo, os núcleos de partícula 14 podem ser selecionados ou misturados para fornecer uma distribuição multimodal de tamanhos de partícula, incluindo uma pluralidade de tamanhos de núcleo de partícula médios, tais como, por exemplo, uma distribuição bimodal homogênea de tamanhos de partícula médios, como ilustrado em geral e esquematicamente na FIG. 6. A seleção da distribuição de tamanho de núcleo de partícula pode ser usada para determinar, por exemplo, o tamanho da partícula e o espaçamento interpartículas 15 das partículas 12 do primeiro pó 10. Em uma modalidade exemplar, os núcleos de partícula 14 podem ter uma distribuição unimodal e um diâmetro de partícula médio de cerca de 5 pm a cerca de 300pm, mais particularmente cerca de 80 pm a cerca de 120 pm, e até mesmo mais particularmente cerca de 100 pm.

Os núcleos de partícula 14 podem ter qualquer forma de partícu9/40

Ia adequada, incluindo qualquer forma geométrica regular ou irregular, ou sua combinação. Em uma modalidade exemplar, os núcleos de partícula 14 são partículas metálicas eletroquimicamente ativas de forma substancial esferoidais. Em outra modalidade exemplar, os núcleos de partícula 14 podem incluir partículas de cerâmica em forma substancialmente irregular. Em ainda outra modalidade exemplar, os núcleos de partícula 14 podem incluir nano tubo de carbono, estruturas de grafeno planas ou de nano diamante esféricas, ou microesferas de vidro ocas, ou suas combinações.

Cada uma das partículas de pó metálicas, revestidas 12 do primeiro pó 10 também inclui uma camada de revestimento metálico 16 que é disposta no núcleo de partícula 14. A camada de revestimento metálico 16 inclui um material de revestimento metálico 20. Material de revestimento metálico 20 dá às partículas de pó 12 e ao primeiro pó 10 sua natureza metálica. A camada de revestimento metálico 16 é uma camada de revestimento de nanoescala. Em uma modalidade exemplar, a camada de revestimento metálico 16 pode ter uma espessura de cerca de 25 nm a cerca de 2500 nm. A espessura da camada de revestimento metálico 16 pode variar na superfície de núcleo de partícula 14, mas preferivelmente tem uma espessura substancialmente uniforme na superfície do núcleo de partícula 14. a camada de revestimento metálico 16 pode incluir uma camada simples, como ilustrado na FIG. 2, ou uma pluralidade de camadas como uma estrutura de revestimento de camadas múltiplas, como ilustrado nas FIGS. 3-5 até quatro camadas. Uma camada de revestimento simples, ou em cada uma das camadas de um revestimento de camadas múltiplas, a camada de revestimento metálico 16 pode incluir um só elemento ou composto químico constituinte, ou pode incluir uma pluralidade de elementos ou compostos químicos. Onde uma camada incluir uma pluralidade de constituintes ou compostos químicos, eles podem ter toda a maneira de distribuições homogêneas ou heterogêneas, incluindo uma distribuição homogênea ou heterogênea de fases metalúrgicas. Esta pode incluir uma distribuição classificada onde as quantidades relativas dos constituintes ou compostos químicos variam de acordo com os respectivos perfis constituintes ao longo da espessura da camada.

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Em revestimentos metálicos de camada simples e camadas múltiplas 16, cada uma das respectivas camadas, ou combinações das mesmas, pode ser usada para fornecer uma propriedade predeterminada às partículas de pó 12 ou um compósito de pó sinterizado formado das mesmas. Por exemplo, a propriedade predeterminada pode incluir a resistência de ligação da ligação metalúrgica entre o núcleo de partícula 14 e o material de revestimento 20; as características de interdifusão entre o núcleo de partícula 14 e a camada de revestimento metálico 16, incluindo qualquer interdifusão entre as camadas de uma camada de revestimento de camadas múltiplas 16; as características de interdifusão entre as várias camadas de uma camada de revestimento de camadas múltiplas 16; as características de interdifusão entre a camada de revestimento metálico 16 de uma partícula de pó e às de uma partícula de pó adjacente 12; a resistência de ligação da ligação metalúrgica entre as camadas de revestimento metálico de partículas de pó sinterizadas adjacentes 12, incluindo as camadas mais externas das camadas de revestimento de camadas múltiplas; e a atividade eletroquímica da camada de revestimento 16.

A camada de revestimento metálico 16 e o material de revestimento 20 têm uma temperatura de fusão (Tci). Como aqui usado, Td inclui a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquação ou outras formas de fusão parcial ocorrem dentro do material de revestimento 20, independente se o material de revestimento 20 compreende um metal puro, uma liga com fases múltiplas cada tendo temperaturas de fusão diferentes ou um compósito, incluindo um compósito compreendendo uma pluralidade de camadas de material de revestimento tendo temperaturas de fusão diferentes.

O material de revestimento metálico 20 pode incluir qualquer material de revestimento metálico adequado 20 que forneça uma superfície externa sinterizável 21 que é configurada para ser sinterizada em uma partícula de pó adjacente 12 que também tem uma camada de revestimento metálico 16 e superfície externa sinterizável 21. Em misturas de pó que incluem primeiro pó 10 e segundo pó 30 que também incluem segundas partículas

11/40 ou adicionais (revestidas ou não revestidas) 32, como descrito aqui, a superfície externa sinterizável 21 da camada de revestimento metálico 16 é também configurada para ser sinterizada em uma superfície externa sinterizável 21 das segundas partículas 32. Em uma modalidade exemplar, as primeiras partículas de pó 12 e as segundas partículas de pó 32 são sinterizáveis em uma temperatura de sinterização predeterminada (Ts) que é uma função dos primeiros e segundos materiais de núcleo 18, 38 e dos primeiros e segundos materiais de revestimento 20, 40, de modo que a sinterização do compósito de pó 200 é completamente realizada no estado sólido e onde Ts for menor que Tpi, Tp2, Td, e Tc2- Sinterização no estado sólido limita as interações da camada de revestimento metálico do núcleo de partícula para processos de difusão de estado sólido e fenômenos de transporte metalúrgico e limita o crescimento e fornece controle na interface resultante entre eles. Em contraste, por exemplo, a introdução da sinterização de fase líquida proveria interdifusão rápida do núcleo de partícula e dos materiais de camada de revestimento metálico e tornaria difícil de limitar o crescimento e fornecer controle na interface resultante entre eles, e desse modo interferir com a formação da microestrutura desejável de compósito de partícula 200 como descrito aqui.

Em uma modalidade exemplar, o material de núcleo 18 será selecionado para fornecer uma composição química de núcleo e o material de revestimento 20 será selecionado para fornecer uma composição química de revestimento e estas composições químicas serão também selecionadas para diferirem uma da outra. Em outra modalidade exemplar, o material de núcleo 18 será selecionado para fornecer uma composição química de núcleo e o material de revestimento 20 será selecionado para fornecer uma composição química de revestimento e estas composições químicas serão também selecionadas para diferirem uma da outra em sua interface. Diferenças nas composições químicas do material de revestimento 20 e do material de núcleo 18 podem ser selecionadas para fornecer taxas de dissolução diferentes e dissolução selecionável e controlável dos compósitos de pó 200 que os incorporam lhes tornando selecionável e controlavelmente dis12/40 solvíveis. Isto inclui taxas de dissolução que diferem em resposta a uma condição alterada no poço, incluindo uma alteração indireta ou direta em um fluido de poço. Em uma modalidade exemplar, um compósito de pó 200 formado do primeiro pó 10 tendo composições químicas do material de núcleo 18 e do material de revestimento 20 que tornam o compósito 200 seletivamente dissolvível em um fluido de poço em resposta a uma condição de poço alterada que inclui uma alteração na temperatura, alteração na pressão, alteração na taxa de fluxo, alteração no pH ou alteração na composição química do fluido de poço, ou uma combinação dos mesmos. A resposta de dissolução selecionável para a condição alterada pode ser o resultado das reações químicas atuais ou processos que promovem taxas diferentes de dissolução, mas também abrangem alterações na resposta de dissolução que estão associadas com as reações ou processos físicos, tais como alterações na pressão de fluido do poço ou taxa de fluxo.

Em uma modalidade exemplar de um primeiro pó 10, o núcleo de partícula 14 inclui Mg, Al, Mn ou Zn, ou uma combinação dos mesmos, como material de núcleo 18, e mais particularmente pode incluir Mg puro e ligas de Mg, e a camada de revestimento metálico 16 inclui Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re, ou Ni, ou um óxido, nitreto ou um carboneto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos materiais acima mencionados como material de revestimento 20.

Em outra modalidade exemplar do primeiro pó 10, o núcleo de partícula 14 inclui Mg, Al, Mn ou Zn, ou uma combinação dos mesmos, como material de núcleo 18, e mais particularmente pode incluir Mg puro e ligas de Mg, e a camada de revestimento metálico 16 inclui uma camada simples de Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos, como material de revestimento 20, como ilustrado na FIG. 2. Onde a camada de revestimento metálico 16 incluir uma combinação de dois ou mais constituintes, tais como Al e Ni, a combinação pode incluir várias estruturas classificadas ou codepositadas destes materiais, onde a quantidade de cada constituinte, e consequentemente a composição da camada, varia ao longo da espessura da camada, como também ilustrado na FIG. 2.

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Em ainda outra modalidade exemplar, o núcleo de partícula 14 inclui Mg, Al, Mn ou Zn, ou uma combinação dos mesmos, como material de núcleo 18, e mais particularmente pode incluir Mg puro e ligas de Mg, e camada de revestimento 16 inclui duas camadas como material de núcleo 20, como ilustrado na FIG. 3. A primeira camada 22 é disposta na superfície de núcleo de partícula 14 e inclui Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos, como descrito aqui. A segunda camada 24 é disposta na superfície da primeira camada e inclui Al, Zn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou uma combinação dos mesmos, e a primeira camada tem uma composição química que é diferente da composição química da segunda camada. Em geral, a primeira camada 22 será selecionada para fornecer uma ligação metalúrgica forte ao núcleo de partícula 14 e limitar a interdifusão entre o núcleo de partícula Mea camada de revestimento 16, particularmente a primeira camada 22. A segunda camada 24 pode ser selecionada para aumentar a resistência da camada de revestimento metálico 16, ou fornecer uma ligação metalúrgica forte e promover sinterização com a segunda camada 24 das partículas de pó adjacentes 12, ou ambas. Em uma modalidade exemplar, as respectivas camadas de camada de revestimento metálico 16 podem ser selecionadas para promover a dissolução seletiva e controlável da camada de revestimento 16 em resposta a uma alteração em uma propriedade do poço, incluindo o fluido de poço, como descrito aqui. Porém, isso é apenas exemplar e será apreciado que outros critérios de seleção para as várias camadas podem também ser empregados. Por exemplo, qualquer uma das respectivas camadas para promover a dissolução seletiva e controlável da camada de revestimento 16 pode ser selecionada em resposta a uma alteração em uma propriedade do poço, incluindo o fluido de poço, como descrito aqui. Modalidades exemplares de uma camada de revestimento metálico de duas camadas 16 para o uso em núcleos de partículas 14 compreendendo Mg incluem combinações da primeira/segunda camadas compreendendo Al/Ni e Al/W.

Em ainda outra modalidade, o núcleo de partícula 14 inclui Mg, Al, Mn ou Zn, ou uma combinação dos mesmos, como material de núcleo

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18, e mais particularmente pode incluir Mg puro e ligas de Mg, e a camada de revestimento 16 inclui três camadas, como ilustrado na FIG. 4. A primeira camada 22 é disposta no núcleo de partícula 14 e pode incluir Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos. A segunda camada 24 é disposta na primeira camada 22 e pode incluir Al, Zn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, nitreto ou um carboneto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos segundos materiais de camada acima mencionados. A terceira camada 26 é disposta na segunda camada 24 e pode incluir Al, Mn, Fe, Co, Ni ou uma combinação dos mesmos. Em uma configuração de três camadas, a composição das camadas adjacentes é diferente, de modo que a primeira camada tem uma composição química que é diferente que a segunda camada, e a segunda camada tem uma composição química que é diferente que a terceira camada. Primeiro em uma modalidade exemplar, a camada 22 pode ser selecionada para fornecer uma ligação metalúrgica forte ao núcleo de partícula 14 e limitar a interdifusão entre o núcleo de partícula 14 e a camada de revestimento 16, particularmente a primeira camada 22. A segunda camada 24 pode ser selecionada para aumentar a resistência da camada de revestimento metálico 16, ou limitar a interdifusão entre o núcleo de partícula 14 ou a primeira camada 22 e a camada externa ou terceira 26, ou promover a adesão e uma ligação metalúrgica forte entre a terceira camada 26 e a primeira camada 22, ou qualquer uma de suas combinações. A terceira camada 26 pode ser selecionada para fornecer uma ligação metalúrgica forte e promover sinterização com a terceira camada 26 de partículas de pó adjacentes 12. Porém, isso é apenas exemplar e será apreciado que outros critérios de seleção para as várias camadas podem também ser empregados. Por exemplo, qualquer uma das respectivas camadas podem ser selecionadas para promover a dissolução seletiva e controlável da camada de revestimento 16 em resposta a uma alteração em uma propriedade do poço, incluindo o fluido de poço, como descrito aqui. Uma modalidade exemplar de uma camada de revestimento de três camadas para o uso em núcleos de partículas compreendendo Mg incluem combinações da primeira/segunda/terceira camadas compreendendo AI/AI2O3/AI.

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Em ainda outra modalidade, o núcleo de partícula 14 inclui Mg, Al, Mn ou Zn, ou uma combinação dos mesmos, como material de núcleo 18, e mais particularmente pode incluir Mg puro e ligas de Mg, e a camada de revestimento 16 inclui quatro camadas, como ilustrado na FIG. 5. Na configuração de quatro camadas, a primeira camada 22 pode incluir Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos, como descrito aqui. A segunda camada 24 pode incluir Al, Zn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni ou um óxido, nitreto, carboneto dos mesmos, ou uma combinação dos segundos materiais de camada acima mencionados. A terceira camada 26 pode também incluir Al, Zn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, nitreto ou carboneto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos terceiros materiais de camada acima mencionados. A quarta camada 28 pode incluir Al, Mn, Fe, Co, Ni ou uma combinação dos mesmos. Na configuração de quatro camadas, a composição química de camadas adjacentes é diferente, de modo que a composição química da primeira camada 22 é diferente que a composição química da segunda camada 24, a composição química da segunda camada 24 é diferente que a composição química da terceira camada 26, e a composição química da terceira camada 26 é diferente que a composição química da quarta camada 28. Em uma modalidade exemplar, a seleção das várias camadas será similar àquela descrita para a configuração de três camadas acima com respeito às camadas interna (primeira) e externa (quarta), com as segunda e terceira camadas disponíveis para fornecer adesão de intercamada intensificada, resistência da camada de revestimento metálico geral 16, difusão intercamadas limitada ou dissolução selecionável e controlável, ou uma combinação das mesmas. Porém, é apenas exemplar e será apreciado que outros critérios de seleção para as várias camadas podem também ser empregados. Por exemplo, qualquer uma das respectivas camadas pode ser selecionada para promover a dissolução seletiva e controlável da camada de revestimento 16 em resposta a uma alteração em uma propriedade do poço, incluindo o fluido de poço, como descrito aqui.

A espessura das várias camadas nas configurações de multicamadas pode ser aquinhoada entre as várias camadas de qualquer maneira

16/40 que a soma das espessuras das camadas para fornecer uma camada de revestimento de nanoescala 16, incluindo espessuras de camada como descritas aqui. Em uma modalidade, a primeira camada 22 e a camada externa (24, 26, ou 28 dependendo do número de camadas) podem ser mais grossas que outras camadas onde presentes devido ao desejo de se fornecer material suficiente para promover a ligação desejada da primeira camada 22 com o núcleo de partícula 14, ou a ligação das camadas externas de partículas de pó adjacentes 12, durante a sinterização de compósito de pó 200.

O primeiro pó 10 também inclui um adicional ou segundo pó 30 entremeado na pluralidade de primeiras partículas de pó 12, como ilustrado na FIG. 7. Em uma modalidade exemplar, o segundo pó 30 inclui uma pluralidade de segundas partículas de pó 32. Segundas partículas de pó 32 compreendem segundos núcleos de partícula 34 que incluem segundo material do núcleo de partícula 38. Segundo material do núcleo de partícula 38 pode incluir vários nanomateriais de carbono, incluindo várias nanopartículas de carbono, e mais particularmente alótropos particulados de escala de nanômetro de carbono. Este pode incluir qualquer forma alotrópica adequada de carbono, incluindo qualquer alótropo particulado sólido, e particularmente incluindo qualquer nanopartícula compreendendo estruturas de partícula de grafeno, fulereno ou nanodiamante. Fulerenos adequados podem incluir bolas magnéticas (buckeyballs), agrupamentos de bolas magnéticas, papéis magnéticos (buckeypapers) ou nanotubos, incluindo nanotubos de parede simples e nanotubos de paredes múltiplas. Fulerenos também incluem polímeros tridimensionais de qualquer um dos acima. Fulerenos adequados podem também incluir metalofulerenos, ou aqueles que abrangem vários metais ou íons de metal. Bolas magnéticas podem incluir qualquer tamanho ou diâmetro de bola adequado, incluindo configurações substancialmente esferoidais tendo qualquer número de átomos de carbono, incluindo Ceo, C70, C76, Cô4 e outros. Nanotubos de parede simples e de paredes múltiplas são substancialmente cilíndricos e podem ter qualquer comprimento de tubo ou diâmetro de tubo predeterminado, ou combinação dos mesmos. Nanotubos de paredes múltiplas podem ter qualquer número de paredes predetermina17/40 do. Nanopartículas de grafeno podem ser de qualquer tamanho planar predeterminado adequado, incluindo qualquer comprimento de tubo predeterminado ou diâmetro externo predeterminado, e desse modo pode incluir qualquer número de átomos de carbono predeterminado. Nanodiamante pode incluir qualquer configuração esferoidal adequada tendo qualquer diâmetro esférico predeterminado, incluindo uma pluralidade de diâmetros predeterminados diferentes.

O segundo núcleo de partícula 34 e o segundo material de núcleo 38 têm uma temperatura de fusão (Tp₂). Como aqui usado, Tp₂ inclui a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquação ou outras formas de fusão parcial ocorrem dentro do segundo material de núcleo 38:

Os segundos núcleos de partícula 34 podem ter qualquer tamanho de partícula adequado ou faixa de tamanhos de partícula ou distribuição de tamanhos de partícula. Por exemplo, os segundos núcleos de partícula 34 podem ser selecionados para fornecer um tamanho de partícula médio que é representado por uma distribuição unimodal normal ou do tipo Gaussiano ao redor de uma média ou valor médio, similar àquela ilustrada em geral para os primeiros núcleos de partícula 14 na FIG. 1. Em outro exemplo, os segundos núcleos de partícula 34 podem ser selecionados ou misturados para fornecer uma distribuição multimodal de tamanhos de partícula, incluindo uma pluralidade de tamanhos de núcleo de partícula médios, tais como, por exemplo, uma distribuição bimodal homogênea de tamanhos de partícula médios, similar àquela ilustrada em geral e esquematicamente para os primeiros núcleos de partícula 14 na FIG. 6.

Em vista do fato que ambas as primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 podem ter distribuição de tamanho de partícula unimodal ou multimodal, a mistura de pó 5 pode ter uma distribuição unimodal ou multimodal de tamanhos de partícula. Ainda, a mistura das primeiras e segundas partículas de pó pode ser homogênea ou heterogênea.

Estas segundas partículas de pó 32 podem ser selecionadas para alterar uma propriedade física, química, mecânica ou outra de uma partícula de compósito de pó 200 formada do primeiro pó 10 e do segundo pó 30,

18/40 ou uma combinação de tais propriedades. Em uma modalidade exemplar, a alteração das propriedades pode incluir um aumento na resistência compressiva do compósito de pó 200 formado do primeiro pó 10 e segundo pó 30. Em outra modalidade exemplar, o segundo pó 30 pode ser selecionado para promover a dissolução seletiva e controlável do compósito de partícula 200 formado do primeiro pó 10 e segundo pó 30 em resposta a uma alteração em uma propriedade do poço, incluindo o fluido de poço, como descrito aqui. Segundas partículas de pó 32 incluem segundos núcleos de partícula não revestidos 34 ou podem incluir segundos núcleos de partícula 34 que são revestidos com uma camada de revestimento metálico 36. Quando revestidos, incluindo revestimentos de camada simples ou de camadas múltiplas, a camada de revestimento 36 das segundas partículas de pó 32 pode compreender o mesmo material de revestimento 40 que o material de revestimento 20 das partículas de pó 12, ou o material de revestimento 40 pode ser diferente. Em modalidades exemplares, qualquer uma das combinações de camada de revestimento metálico de camada simples e camadas múltiplas 16 exemplares descritas aqui pode também ser disposta nos segundos núcleos de partícula 34 como a segunda camada de revestimento metálico 36. As segundas partículas de pó 32 (não revestidas) ou núcleos de partícula 34 podem incluir qualquer nanopartícula de carbono adequada para fornecer o benefício desejado. Em uma modalidade exemplar, quando partículas de pó revestidas 12 tendo primeiros núcleos de partícula 14 compreendendo Mg, Al, Mn ou Zn, ou uma combinação dos mesmos forem empregadas, as segundas partículas de pós adequadas 32 tendo segundos núcleos de partícula 34 podem incluir as nanopartículas de carbono exemplares descritas aqui. Uma vez que as segundas partículas de pó 32 serão também configuradas para sinterização de estado sólido para as partículas de pó 12 na temperatura de sinterização predeterminada (Ts), os núcleos de partícula 34 terão uma temperatura de fusão Tp2 e quaisquer camadas de revestimento 36 terão uma segunda temperatura de fusão Tc2 onde Ts é também menos que Tp2 e Tc2- Também será apreciado que o segundo pó 30 não é limitado a um tipo de partícula de pó adicional 32 (isto é, uma segunda partícula de

19/40 pó), mas pode incluir uma pluralidade de segundas partículas de pó 32 (isto é, segundo, terceiro, quarto, etc. tipos de segundas partículas de pó 32) em qualquer número.

As segundas partículas não revestidas 32 podem também incluir nanopartículas de carbono funcionalizadas que não incluem uma camada de revestimento metálico mas são funcionalizadas com qualquer funcionalidade química desejada usando qualquer ligação química ou física adequada da funcionalidade química. As nanopartículas de carbono funcionalizadas podem ser usadas para ajudar a ligação das nanopartículas de carbono no material de nanomatriz 220.

Referindo à FIG. 8, uma modalidade exemplar de um método 300 de fabricar um primeiro pó 10 ou segundo pó 30 é revelada. O método 300 inclui formar 310 uma pluralidade de primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34, como descritos aqui. O método 300 também inclui depositar 320 umas primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 em cada uma da pluralidade dos respectivos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34. Depósito 320 é o processo pelo qual a primeira ou segunda camada de revestimento 16, 36 é disposta em cada um dos respectivos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 como descritos aqui.

A formação 310 dos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 pode ser executada por qualquer método adequado para formar uma pluralidade de primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 do primeiro ou segundo material de núcleo 18, 38 desejado que essencialmente compreende métodos de formar um pó do primeiro ou segundo material de núcleo 18, 38. Métodos de formação de pó de metal adequados para o primeiro núcleo de partícula 14 podem incluir métodos mecânicos; incluindo usinagem, fresagem, impacto e outros métodos mecânicos para formar o pó de metal; métodos químicos, incluindo decomposição química, precipitação de um líquido ou gás, síntese reativa de sólido-sólido, deposição de vapor químico e outros métodos de formação de pó químico; métodos de atomização, incluindo atomização gasosa, atomização de líquido e de água, atomização centrífuga, atomização de plasma e outros métodos de atomização para

20/40 formar um pó; e vários de evaporação e condensação. Em uma modalidade exemplar, primeiros núcleos de partícula 14 compreendendo Mg podem ser fabricados usando um método de atomização, tal como formação de pulverização a vácuo ou formação de pulverização gasosa inerte. Em outra modalidade exemplar, os segundos núcleos de partícula 34 compreendendo nanotubos de carbono podem ser formados usando descarga de arco, separação a laser, monóxido de carbono de pressão alta ou deposição de vapor químico.

O depósito 320 das primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 na pluralidade dos respectivos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 pode ser executado usando qualquer método de deposição adequado, incluindo vários métodos de deposição de filme fino, tais como, por exemplo, métodos de deposição de vapor químico e de deposição de vapor físico. Em uma modalidade exemplar, depósito 320 das primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 pode ser executado usando deposição de vapor químico de leito fluidizado (FBCVD). Depósito 320 das primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 por FBCVD inclui fluir um fluido reativo como um meio de revestimento que inclui o primeiro ou segundo material de revestimento metálico 20, 40 desejado através de um leito dos respectivos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 fluidizados em um vaso de reator sob condições adequadas, incluindo condições de temperatura, pressão e de taxa de fluxo e outras, suficientes para induzir uma reação química do meio de revestimento para produzir o primeiro ou segundo material de revestimento metálico 20, 40 desejado e induzir sua deposição na superfície dos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 para formar primeiras ou segundas partículas de pó revestidas 12, 32. O fluido reativo selecionado dependerá do material de revestimento metálico 20 desejado, e tipicamente compreenderá um composto organometálico que inclui o material metálico a ser depositado, tal como tetracarbonila de níquel (Ni(CO)4), hexafluoreto de tungstênio (WF₆), e alumínio de trietila (C6H15AI), que é transportado em um fluido carreador, tal como gás de hélio ou de argônio. O fluido reativo, incluindo fluido carreador,

21/40 faz com que pelo menos uma porção da pluralidade de primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 seja suspensa no fluido, assim permitindo a superfície inteira dos respectivos primeiros ou segundos núcleos de partícula suspensos 14, 34 ser exposta ao fluido reativo, incluindo, por exemplo, um constituinte organometálico desejado, e permitindo a deposição dos primeiros ou segundos materiais de revestimento metálicos 20, 40 e as primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 nas superfícies inteiras dos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 de modo que eles, cada um, se tornam encerrados formando primeiras ou segundas partículas revestidas 12, 32 tendo primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36, como descrito aqui. Como também descrito aqui, cada primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 pode incluir uma pluralidade de camadas de revestimento. Os primeiros ou segundos materiais de revestimento 20, 40 podem ser depositados em camadas múltiplas para formar umas primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico de camadas múltiplas 16, 36 repetindo a etapa de deposição 320 descrita acima e alterando 330 o fluido reativo para fornecer o primeiro ou segundo material de revestimento metálico 20 desejado, 40 para cada camada subsequente, onde cada camada subsequente é depositada na superfície externa dos respectivos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 que já incluem qualquer camada ou camadas de revestimento previamente depositadas que compõem a primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36. Os primeiros ou segundos materiais de revestimento metálicos 20, 40 das respectivas camadas (por exemplo, 22, 24, 26, 28, etc.) podem ser diferentes um do outro, e as diferenças podem ser fornecidas por utilização de meios reativos diferentes que são configurados para produzir as primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 desejado nos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 no reator de leito fluidizado.

Como ilustrado na FIG. 1, em uma modalidade exemplar, os primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 e primeiros e segundos materiais de núcleo 18, 38 e primeiras e segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 e primeiro e segundo materiais de revestimento 20, 40 po22/40 dem ser selecionados para fornecer primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 e primeiros e segundos pós 10, 30 que podem ser combinados em uma mistura como descrita aqui e configurados para compactação e sinterização para fornecer um compósito de pó 200 que é de peso leve (isto é, tendo uma densidade relativamente baixa), resistência alta e é seletiva e controlavelmente removível de um poço em resposta a uma alteração em uma propriedade do poço, incluindo seletiva e controlavelmente ser dissolvível em um fluido de poço apropriado, incluindo vários fluidos de poço como revelados aqui. Compósito de pó 200 inclui uma nanomatriz celular, substancialmente contínua 216 de um material de nanomatriz 220 tendo uma pluralidade de primeiras partículas dispersas 214 e segundas partículas dispersas 234 dispersas ao longo do nanomatriz celular 216. A nanomatriz celular, substancialmente contínua 216 e o material de nanomatriz 220 formado das primeiras e segundas camadas de revestimento metálico sinterizadas 16, 36 é formada pela compactação e sinterização da pluralidade de primeiras e segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 da pluralidade de primeiras e segundas partículas de pó 12, 32. A composição química do material de nanomatriz 220 pode ser diferente que a dos primeiros ou segundos materiais de revestimento 20, 40 devido aos efeitos de difusão associados com a sinterização como descritos aqui. Compósito de metal em pó 200 também inclui uma pluralidade de primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 que compreendem primeiros e segundos materiais de núcleo de partícula 218, 238. Primeiros e segundos núcleos de partícula dispersos 214, 234 e primeiros e segundos materiais de núcleo 218, 238 correspondem e são formados da pluralidade de primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 e primeiros e segundos materiais de núcleo 18, 38 da pluralidade de primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 visto que as primeiras e segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 são sinterizadas juntas para formar a nanomatriz 216. A composição química dos primeiros e segundos materiais de núcleo 218, 238 pode ser diferente que a dos primeiro e segundo materiais de núcleo 18, 38 devido aos efeitos de difusão associados com a sinterização como descrita aqui.

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Como aqui usado, o uso do termo nanomatriz celular, substancialmente contínua 216 não conota o constituinte principal do compósito de pó, mas do contrário refere-se ao constituinte ou aos constituintes minoritários, se em peso ou em volume. Isto é distinguido da maioria dos materiais de compósito de matriz, onde a matriz compreende o constituinte de maior parte em peso ou volume. O uso do termo nanomatriz celular substancialmente contínua é intencionado descrever a natureza extensiva, regular, contínua e interconectada da distribuição de material de nanomatriz 220 dentro do compósito de pó 200. Como aqui usado, substancialmente contínua descreve a extensão do material de nanomatriz ao longo do compósito de pó 200 de modo que ele estende-se entre e circunda substancialmente todas as primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234. Substancialmente contínua é usado para indicar que a ordem de continuidade completa e habitual da nanomatriz ao redor de cada uma das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 não é requerida. Por exemplo, os defeitos nas primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 nos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 em algumas das primeiras ou segundas partículas de pó 12, 32 podem causar alguma ligação dos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 durante a sinterização do compósito de pó 200, assim fazem com que descontinuidades localizadas resultem dentro da nanomatriz celular 216, embora nas outras porções do compósito de pó a nanomatriz seja substancialmente contínua e apresente a estrutura descrita aqui. Como aqui usado, celular é usado para indicar que a nanomatriz define uma rede de compartimentos ou células de material de nanomatriz, interconectados, em geral de repetição 220 que abrangem e também interconectam as primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234. Como aqui usado, a nanomatriz é usada para descrever o tamanho ou escala da matriz, particularmente a espessura da matriz entre as primeiras ou segundas partículas dispersas adjacentes 214, 234. As camadas de revestimento metálico que são sinterizadas juntas para formar a nanomatriz são por elas mesmas camada de revestimento de espessura de nanoescala. Uma vez que a nanomatriz na maioria das localizações, diferente da interseção de

24/40 mais que duas primeiras ou segundas partículas dispersas 214, 234, em geral compreende a interdifusão e a ligação das duas primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 das primeiras ou segundas partículas de pó adjacentes 12, 32 tendo espessuras de nanoescala, a matriz formada também tem uma espessura de nanoescala (por exemplo, aproximadamente duas vezes a espessura da camada de revestimento como descrita aqui) e é desse modo descrita como uma nanomatriz. Ainda, o uso do termo primeiras ou segundas partículas dispersas 214, 234 não conota o constituinte secundário de compósito de pó 200, mas do contrário refere-se ao constituinte ou constituintes de maior parte, quer em peso quer em volume. O uso do termo dispersado é intencionado que a partícula carrega a distribuição descontínua e distinta de primeiro ou segundo núcleo de partícula materiais 218, 238 dentro de compósito de pó 200.

O compósito de pó 200 pode ter qualquer forma ou tamanho desejados, incluindo à de um tarugo cilíndrico ou barra que podem ser usinados ou do contrário usados para formar artigos úteis de fabricação, incluindo várias ferramentas e componentes de poço. A prensagem usada para formar o compósito de pó de precursor 100 e os processos de sinterização e prensagem usados para formar o compósito de pó 200 e deformar as primeiras e segundas partículas de pó 12, 32, incluindo primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 e as primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36, para fornecer a densidade total e forma e tamanho macroscópicos desejados do compósito de pó 200 como também sua microestrutura. A microestrutura de compósito de pó 200 inclui uma configuração equiaxial das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 que são dispersadas completamente e embutidas dentro da nanomatriz celular, substancialmente contínua 216 das camadas de revestimento sinterizadas. Esta microestrutura é um pouco análoga a uma microestrutura granular equiaxial com uma fase de limite de grão contínua, exceto que não requer o uso de constituintes de liga tendo propriedades de equilíbrios de fase termodinâmica que são capazes de produzir uma tal estrutura. Do contrário, esta estrutura de partícula equiaxialmente dispersa e a nanomatriz celular 216 das primeiras ou segundas

25/40 camadas de revestimento metálico sinterizadas 16, 36 pode ser produzida usando constituintes onde as condições de equilíbrio de fase termodinâmica não produziriam uma estrutura equiaxiai. A morfologia equiaxial das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 e a nanomatriz celular 216 das camadas de partícula resulta da sinterização e deformação das primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 uma vez que elas são compactadas e interdifundem-se e deformam-se para encher os espaços interpartículas 15 (FIG. 1). As temperaturas e pressões de sinterização podem ser selecionadas para assegurar que a densidade de compósito de pó 200 alcançe a densidade teórica substancialmente total.

Em uma modalidade exemplar como ilustrada na FIG. 1, as primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 são formadas a partir dos primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 dispersos na nanomatriz celular 216 das primeiras e segundas camadas de revestimento metálico sinterizadas 16, 36, e a nanomatriz 216 inclui uma ligação metalúrgica de estado sólido 217 ou camada de ligação 219, como ilustrada esquematicamente na FIG. 9, estendendo-se entre as primeiras ou segundas partículas dispersas 214, 234 ao longo do nanomatriz celular 216 que é formada em uma temperatura de sinterização (T_s), onde Ts é menos que Tci, Tc2 e T_P2. Como indicado, ligação metalúrgica de estado sólido 217 é formada no estado sólido através de interdifusão de estado sólido entre as primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 das primeiras ou segundas partículas de pó adjacentes 12, 32 que são comprimidas sob contato durante os processos de compactação e de sinterização usados para formar o compósito de pó 200, como descrito aqui. Como tais, as camadas de revestimento sinterizadas 16 da nanomatriz celular 216 incluem uma camada de ligação de estado sólido 219 que tem uma espessura (t) definida pela extensão da interdifusão dos primeiros ou segundos materiais de revestimento 20, 40 das primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36, as quais por sua vez serão definidas pela natureza da camada de revestimentos 16, incluindo se elas são camadas de revestimento de camada simples ou múltipla ou, se elas foram selecionadas para promover ou limitar tal interdifusão, e outros

26/40 fatores, como descritos aqui, como também as condições de sinterização e de compactação, incluindo o tempo de sinterização, a temperatura e pressão usadas para formar o compósito de pó 200.

Quando a nanomatriz 216 for formada, incluindo a camada de ligação 217 e de ligação 219, a composição química ou distribuição de fase, ou ambas, das primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 podem alterar. A nanomatriz 216 também tem uma temperatura de fusão (Tm). Como aqui usado, Tm inclui a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquação ou outras formas de fusão parcial ocorrerão dentro da nanomatriz 216, independente se o material de nanomatriz 220 compreende um metal puro, uma liga com fases múltiplas cada tendo temperaturas de fusão diferentes ou um compósito, incluindo um compósito compreendendo uma pluralidade de camadas de vários materiais de revestimento tendo temperaturas de fusão diferentes, ou uma combinação dos mesmos, ou de outra forma. Quando as primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 e os primeiros e segundos materiais de núcleo de partícula 218, 238 forem formados junto com a nanomatriz 216, a difusão dos constituintes da camada de revestimento metálico 16 nos núcleos de partícula 14 é também possível, que pode resultar em alterações na composição química ou distribuição de fase ou ambas, dos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34. Como resultado, as primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 e os primeiros e segundos materiais de núcleo de partícula 218, 238 podem ter respectivas temperaturas de fusão (T_Dpi,Tdp2) que são diferentes que as Tpi,Tp₂. Como aqui usado, T_Dpi,T_Dp2 incluem a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquação ou outras formas de fusão parcial ocorrerão dentro das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234, independente se primeiros ou segundos materiais do núcleo de partícula 218, 238 compreendem um metal puro, uma liga com fases múltiplas cada tendo temperaturas de fusão diferentes ou um compósito, ou diferente. Compósito de pó 200 é formado em uma temperatura de sinterização (Ts), onde Ts é menos que Tci, Td, Tp< Tp₂, Tm, Tdpi θ Tdp2·

As primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 podem

27/40 compreender quaisquer dos materiais descritos aqui para os primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34, embora a composição química das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 possa ser diferente devido aos efeitos de difusão como descritos aqui. Em uma modalidade exemplar, as primeiras partículas dispersas 214 são formadas dos primeiros núcleos de partícula 14 compreendendo materiais tendo um potencial de oxidação padrão maior ou igual a Zn, incluindo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, e podem incluir várias ligas binárias, terciárias e quaternárias ou outras combinações destes constituintes como revelados aqui junto com os primeiros núcleos de partícula 14. Destes materiais, aqueles tendo primeiras partículas dispersas 214 compreendendo Mg e a nanomatriz 216 formada da camada de revestimento metálico 16 descrita aqui são particularmente úteis. As primeiras partículas dispersas 214 e o primeiro material do núcleo de partícula 218 de Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, podem também incluir um elemento de terra rara, ou uma combinação de elementos de terra rara como revelados aqui junto com os núcleos de partícula 14. Nesta modalidade exemplar, as segundas partículas dispersas 234 são formadas do segundo núcleo de partícula 34 compreendendo nanopartículas de carbono, incluindo bolas magnéticas, agrupamento de bolas magnéticas, papel magnético, nanotubos de parede simples e nanotubos de paredes múltiplas.

Em outra modalidade exemplar, as partículas dispersas 214 são formadas dos núcleos de partícula 14 compreendendo metais que são materiais menos eletroquimicamente ativos que Zn ou não metálicos. Materiais não metálicos adequados incluem cerâmicas, vidros (por exemplo, microesferas de vidro ocas) ou carbono, ou uma combinação dos mesmos, como descritos aqui. Nesta modalidade exemplar, as segundas partículas dispersas 234 são formadas do segundo núcleo de partícula 34 compreendendo nanopartículas de carbono, incluindo bolas magnéticas, agrupamento de bolas magnéticas, papel magnético, nanotubos de parede simples e nanotubos de paredes múltiplas.

As primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 do com28/40 pósito de pó 200 podem ter qualquer tamanho de partícula adequado, incluindo os tamanhos de partícula médios descritos aqui para os primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34.

A natureza da dispersão das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 pode ser afetada pela seleção do primeiro e segundo pó 10, 30 ou pós 10, 30 usados para fazer o compósito de partícula 200. As primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 podem ter qualquer forma adequada dependendo da forma selecionada para os primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 e as primeiras e segundas partículas de pó 12, 32, como também o método usado para sinterizar e compor o primeiro pó 10. Em uma modalidade exemplar, as primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 podem ser esferoidais ou substancialmente esferoidais e as primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 podem incluir uma configuração de partícula equiaxial como descrito aqui. Em outras modalidades exemplares, as primeiras partículas de pó 12 podem ser esferoidais ou substancialmente esferoidais e as segundas partículas de pó 32 podem ser planares, como no caso onde elas compreenderem grafeno, ou tubulares, como no caso onde elas compreenderem nanotubos, ou esferoidais, como no caso onde elas compreenderem bolas magnéticas, agrupamentos de bolas magnéticas ou nanodiamantes ou outras formas não esféricas. Nestas modalidades, uma estrutura de partícula não equiaxial, ou microestrutura, pode resultar onde as segundas partículas dispersas 234 se estendem entre as primeiras partículas adjacentes 214, ou envolvem ou do contrário envolvem em volta das primeiras partículas 214. Muitas microestruturas não equiaxiais podem ser produzidas usando uma combinação de primeiras partículas de pó substancialmente esféricas 12 e partículas de pó não esféricas 234.

Em outra modalidade exemplar, as segundas partículas de pó 232 podem ser não revestidas de modo que as segundas partículas dispersas 234 são embutidas dentro da nanomatriz 216. Como revelado aqui, o primeiro pó 10 e o segundo pó 30 podem ser misturados para formar uma dispersão homogênea das primeiras partículas dispersas 214 e segundas partículas dispersas 234, como ilustrado na FIG. 10, ou formar uma disper29/40 são não homogênea destas partículas, como ilustrado na FIG. 11.

A nanomatriz 216 é uma rede celular, substancialmente contínua de primeiras e segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 que são sinterizadas umas com as outras. A espessura da nanomatriz 216 dependerá da natureza do primeiro pó 10 e do segundo pó 30, particularmente as espessuras das camadas de revestimento associadas com estas partículas de pó. Em uma modalidade exemplar, a espessura da nanomatriz 216 é substancialmente uniforme ao longo da microestrutura de compósito de pó 200 e compreende aproximadamente duas vezes a espessura das primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36 das primeiras e segundas partículas de pó 12, 32. Em outra modalidade exemplar, a nanomatriz celular 216 tem uma espessura média substancialmente uniforme entre as partículas dispersas 214 de cerca de 50 nm a cerca de 5000 nm.

A nanomatriz 216 é formada mediante sinterização da camada de revestimento metálico 16 das partículas adjacentes umas às outras por interdifusão e criação de camada de ligação 219 como descrito aqui. As camadas de revestimento metálico 16 podem ser estruturas de camada simples ou de camadas múltiplas, e elas podem ser selecionadas para promover ou inibir a difusão, ou ambos, dentro da camada ou entre as camadas de camada de revestimento metálico 16, ou entre a camada de revestimento metálico 16 e o núcleo de partícula 14, ou entre a camada de revestimento metálico 16 e a camada de revestimento metálico 16 de uma partícula de pó adjacente, a extensão da interdifusão das camadas de revestimento metálico 16 pode ser limitada durante a sinterização ou extensiva dependendo das espessuras de revestimento, material de revestimento ou materiais selecionados, das condições de sinterização e outros fatores. Dada a complexidade potencial da interdifusão e interação dos constituintes, a descrição da composição química resultante da nanomatriz 216 e do material de nanomatriz 220 pode ser simplesmente entendida para ser uma combinação dos constituintes das primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 que pode também incluir um ou mais constituintes das primeiras ou segundas partículas dispersas 214, 234, dependendo da extensão da interdifusão, se hou30/40 ver, que ocorre entre as partículas dispersas 214 e a nanomatriz 216. Similarmente, a composição química das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 e os primeiros e segundos materiais de núcleo de partícula 218, 238 podem ser simplesmente entendidos para ser uma combinação dos constituintes dos respectivos primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 que pode também incluir um ou mais constituintes da nanomatriz 216 e material de nanomatriz 220, dependendo da extensão da interdifusão, se houver, que ocorre entre as primeira e segundas partículas dispersas 214, 234 e a nanomatriz 216.

Em uma modalidade exemplar, o material de nanomatriz 220 tem uma composição química e os primeiros e segundos materiais de núcleo de partícula 218, 238 têm uma composição química que é diferente daquela do material de nanomatriz 220, e as diferenças nas composições químicas e as quantidades relativas, tamanhos, formas e distribuições das primeiras e segundas partículas 12, 32 podem ser configuradas para fornecer uma taxa de dissolução selecionável e controlável, incluindo uma transição selecionável de uma taxa de dissolução muito baixa para uma taxa de dissolução muito rápida, em resposta a uma alteração controlada em uma propriedade ou condição do poço próximo ao compósito 200, incluindo uma alteração de propriedade em um fluido de poço que entra em contato com o compósito de pó 200, como descrito aqui. Elas podem ser também selecionadas para fornecer uma densidade selecionável ou propriedade mecânica, tal como resistência à tração, do compósito de pó 200. A nanomatriz 216 pode ser formada das primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 tendo primeiras e segundas camadas de revestimento de camada simples e de camadas múltiplas 16, 36. Esta flexibilidade de projeto fornece um número grande de combinações de materiais, particularmente no caso das primeiras e segundas camadas de revestimento de camadas múltiplas 16, 36 que podem ser utilizadas para trabalhar a nanomatriz celular 216 e a composição de material de nanomatriz 220 controlando a interação dos constituintes da camada de revestimento, tanto de dentro de uma camada dada, como também entre as primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 e os primeiros ou

31/40 segundos núcleos de partícula 14, 34 com os quais elas estão associados ou uma camada de revestimento de uma partícula de pó adjacente. Várias modalidades exemplares que demonstram esta flexibilidade são fornecidas abaixo.

Como ilustrado na FIG. 9, em uma modalidade exemplar, o compósito de pó 200 é formado a partir das primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 onde a camada de revestimento 16 compreende uma camada simples, e a nanomatriz 216 resultante entre as adjacentes da pluralidade de partículas dispersas 214 compreende a primeira ou segunda camada de revestimento metálico simples 16, 36 de uma das primeiras ou segundas partículas de pó 12, 32, uma camada de ligação 219 e a primeira ou segunda camada de revestimento simples 16, 36 das outras das primeiras ou segundas partículas de pó adjacentes 12, 32. A espessura (t) da camada de ligação 219 é determinada pela extensão da interdifusão entre as primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico simples 16, 36 e pode abranger a espessura inteira da nanomatriz 216 ou apenas uma porção desta. Em uma modalidade exemplar do compósito de pó 200 formado usando primeiros e segundos pós 10, 30 tendo primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico simples 16, 36, o compósito de pó 200 pode incluir primeiras partículas dispersas 214 compreendendo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, as segundas partículas 234 podem incluir nanopartículas de carbono e a nanomatriz 216 pode incluir Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, carboneto ou nitreto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos materiais acima mencionados, incluindo combinações onde o material de nanomatriz 220 da nanomatriz celular 216, incluindo camada de ligação 219, tem uma composição química e os primeiros e segundos materiais de núcleo 218, 238 das primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 têm uma composição química que é diferente que a composição química do material de nanomatriz 216. A diferença na composição química do material de nanomatriz 220 e os primeiros e segundos materiais de núcleo 218, 238 pode ser usada para fornecer dissolução selecionável e controlável em resposta a uma alteração em uma

32/40 propriedade de um poço, incluindo um fluido de poço, como descrito aqui. Eles podem também ser selecionados para fornecer uma propriedade de densidade ou mecânica selecionável, tal como resistência à tração, do compósito de pó 200. Em uma modalidade exemplar adicional de um compósito de pó 200 formado de primeiros e segundos pós 10, 30 tendo uma configuração de camada de revestimento simples, as primeiras partículas dispersas 214 incluem Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, as segundas partículas dispersas 234 incluem nanopartículas de carbono e a nanomatriz celular 216 inclui Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos.

Como ilustrado na FIG. 12, em outra modalidade exemplar, o compósito de pó 200 é formado das primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 onde as primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36 compreendem um revestimento de camadas múltiplas tendo uma pluralidade de camadas de revestimento, e a nanomatriz 216 resultante entre as adjacentes da pluralidade de primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 compreende a pluralidade de camadas (t) compreendendo as primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 de uma das primeiras ou segundas partículas 12, 32, uma camada de ligação 219, e a pluralidade de camadas compreendendo as primeiras ou segundas camadas de revestimento 16, 36 de outras das primeiras ou segundas partículas de pó 12, 32. Na FIG. 12, isto é primeiro ilustrado com as primeiras e segundas camadas de revestimento metálico de duas camadas 16, 36, mas será entendido que a pluralidade de camadas das primeiras e segundas camadas de revestimento metálico de multicamadas 16, 36 pode incluir qualquer número desejado de camadas. A espessura (t) da camada 219 é novamente determinada peia extensão da interdifusão entre a pluralidade de camadas das respectivas primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36, e pode abranger a espessura inteira da nanomatriz 216 ou apenas uma porção da mesma. Nesta modalidade, a pluralidade de camadas compreendendo cada uma das primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36 pode ser usada para controlar a interdifusão e a formação de camada de ligação 219 e espessura (t)33/40

Em uma modalidade exemplar de um compósito de pó 200 feito usando as primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 com primeiras e segundas camadas de revestimento de camadas múltiplas 16, 36, o compósito inclui primeiras partículas dispersas 214 compreendendo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, como descritos aqui, segundas partículas dispersas 234 compreendendo nanopartículas de carbono e a nanomatriz 216 compreende uma rede celular das primeiras e segundas camadas de revestimento de duas camadas sinterizadas 16, 36, como mostradas na FIG. 3, compreendendo primeiras camadas 22 que são dispostas nas primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 e segundas camadas 24 que são dispostas nas primeiras camadas 22. As primeiras camadas 22 incluem Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos, e as segundas camadas 24 incluem Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou uma combinação dos mesmos. Nestas configurações, os materiais de partículas dispersas 214 e primeiras e segundas camadas de revestimento de camadas múltiplas 16, 36 usadas para formar a nanomatriz 216 são selecionados de modo que as composições químicas dos materiais adjacentes sejam diferentes (por exemplo, partícula dispersa/primeira camada e primeira camada/segunda camada).

Em outra modalidade exemplar de um compósito de pó 200 feito usando primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 com as primeiras e segundas camadas de revestimento de camadas múltiplas 16, 36, o compósito inclui primeiras partículas dispersas 214 compreendendo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, como descritos aqui, segundas partículas dispersas 234 compreendendo nanopartículas de carbono e a nanomatriz 216 compreende uma rede celular de primeiras e segundas camadas de revestimento metálico, de três camadas, sinterizadas 16, 36 como mostradas na FIG. 4, compreendendo as primeiras camadas 22 que são dispostas nas primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234, segundas camadas 24 que são dispostas nas primeiras camadas 22 e terceiras camadas 26 que são dispostas nas segundas camadas 24. Primeiras camadas 22 incluem Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos; segundas camadas 24

34/40 incluem Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, nitreto ou carboneto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos segundos materiais de camada acima mencionados; e as terceiras camadas incluem Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou uma combinação dos mesmos. A seleção dos materiais é análoga às considerações de seleção descritas aqui para o compósito de pó 200 feito usando pós de camada de revestimento de duas camadas, mas deve também ser estendido incluir o material usado para a terceira camada de revestimento.

Em ainda outra modalidade exemplar de um compósito de pó 200 feito usando as primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 com primeiras e segundas camadas de revestimento de camadas múltiplas 16, 36, o compósito inclui primeiras partículas dispersas 214 compreendendo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, como descritos aqui, segundas partículas dispersas 234 compreendendo nanopartículas de carbono e a nanomatriz 216 compreende uma rede celular de primeiras e segundas camadas de revestimento sinterizadas de quatro camadas 16, 36 compreendendo primeiras camadas 22 que são dispostas nas primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234; segundas camadas 24 que são dispostas nas primeiras camadas 22; terceiras camadas 26 que são dispostas nas segundas camadas 24 e quartas camadas 28 que são dispostas nas terceiras camadas 26. As primeiras camadas 22 incluem Al ou Ni, ou uma combinação das mesmas; as segundas camadas 24 incluem Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, nitreto ou carboneto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos segundos materiais de camada acima mencionados; as terceiras camadas incluem Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, nitreto ou carboneto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos terceiros materiais de camada acima mencionados; e as quartas camadas incluem Al, Mn, Fe, Co ou Ni, ou uma combinação dos mesmos. A seleção de materiais é análoga às considerações de seleção descritas aqui para compósitos de pó 200 feitos usando pós de camada de revestimento de duas camadas, mas deve também ser estendido incluir o material usado para as terceiras e quartas camadas de reves35/40 timento.

Em outra modalidade exemplar de um compósito de pó 200, primeiras partículas dispersas 214 compreendem um metal tendo um potencial de oxidação padrão menor que Zn ou um material não metálico, ou uma combinação dos mesmos, como descrito aqui, segundas partículas dispersas 234 compreendendo nanopartículas de carbono e a nanomatriz 216 compreende uma rede celular de camadas de revestimento metálico sinterizadas 16. Materiais não metálicos adequados incluem várias cerâmicas, vidros ou formas de carbono, ou uma combinação dos mesmos. Ainda, em compósitos de pó 200 que incluem primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 compreendendo estes materiais metálicos ou não metálicos, a nanomatriz 216 pode incluir Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, carboneto ou nitreto dos mesmos, ou uma combinação de quaisquer dos materiais acima mencionados como o material da nanomatriz 220.

Referindo-se à FIG. 13, compósito de pó sinterizado 200 pode compreender um compósito de pó sinterizado precursor 100 que inclui uma pluralidade de primeiras e segundas partículas de pó mecanicamente ligadas, deformadas 12, 32 como descritas aqui. Compósito de pó de precursor 100 pode ser formado por composição dos primeiros e segundos pós 10, 30 para o ponto que as primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 são comprimidas entre si assim as deformando e formando ligações mecânicas interpartículas 110 ou outras associadas com esta deformação suficiente para fazer as partículas de pó deformadas 12 aderirem umas às outras e formar um compósito de pó de estado verde tendo uma densidade verde que é menor que a densidade teórica de um compósito completamente denso do primeiro pó 10, devido em parte aos espaços interpartículas 15. Compactação pode ser executada, por exemplo, isostaticamente comprimindo os primeiros e segundos pós 10, 30 em temperatura ambiente para fornecer a deformação e ligação interpartículas das primeiras e segundas partículas de pó 12, 32, necessária para formar o compósito de pó de precursor 100.

Referindo-se à FIG. 14, um método 400 de fabricação de um

36/40 compósito de pó 200 é revelado. O método 400 inclui formar 410 uma mistura de pó 5 compreendendo primeiros e segundos pós revestidos metálicos 10, 30 compreendendo primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 como descritas aqui. O método 400 também inclui formar 420 um compósito de pó 200 aplicando uma temperatura predeterminada e uma pressão predeterminada às primeiras e segundas partículas de pó revestidas 12, 32 suficientes para sinterizar as mesmas por sinterização de fase sólida das primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36 para formar uma nanomatriz celular, substancialmente contínua 216 de um material de nanomatriz 220 e uma pluralidade de primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 dispersadas dentro da nanomatriz 216 como descrita aqui. No caso das mistura de pós 5 que incluem segundas partículas de pó não revestidas 32, a sinterização compreende sinterização das primeiras camadas de revestimento apenas.

A formação 410 da mistura de pó 5 pode ser executada por qualquer método adequado. Em uma modalidade exemplar, a formação 410 inclui aplicar as primeiras e segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 como descritas aqui, aos primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 como descritos aqui, usando deposição de vapor químico em leito fluidizado (FBCVD) como descrita aqui. Aplicação das camadas de revestimento metálico pode incluir aplicar as camadas de revestimento metálico de camada simples ou camadas de revestimento metálico de camadas múltiplas como descritas aqui. Aplicação das camadas de revestimento metálico pode também incluir controlar a espessura das camadas individuais à medida que estão sendo aplicadas, como também controlando a espessura geral das camadas de revestimento metálico. Os núcleos de partícula podem ser formados como descritos aqui.

A formação 420 do compósito de pó 200 pode incluir qualquer método adequado de formar um compósito completamente denso da mistura de pó 5. Em uma modalidade exemplar, a formação 420 inclui forjamento dinâmico de um compósito de pó de precursor de densidade verde 100 para aplicar uma temperatura predeterminada e uma pressão predeterminada

37/40 suficientes para sinterizar e deformar as partículas de pó e formar uma nanomatriz completamente densa 216 e as primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 como descritas aqui. Forjamento dinâmico como aqui usado significa aplicação dinâmica de uma carga em temperatura e durante um tempo suficiente para promover sinterização das camadas de revestimento metálico das primeiras e segundas partículas de pó adjacentes 12, 32 e pode preferivelmente incluir aplicação de uma carga de forjamento dinâmico a uma taxa de carregamento predeterminada durante um tempo e em uma temperatura suficiente para formar um compósito de pó sinterizado e completamente denso 200. Em uma modalidade exemplar, o forjamento dinâmico pode incluir; 1) aquecer um compósito de pó de precursor ou de estado verde 100 para uma temperatura de sinterização de fase sólida predeterminada, tal como, por exemplo, uma temperatura suficiente para promover interdifusão entre as camadas de revestimento metálico das primeiras e segundas partículas de pó adjacentes 12, 32; 2) retendo o compósito de pó de precursor 100 na temperatura de sinterização durante um tempo de retenção predeterminado, tal como, por exemplo, um tempo suficiente para assegurar uniformidade substancial da temperatura de sinterização ao longo do compósito precursor 100; 3) forjar o compósito de pó de precursor 100 para densidade total, tal como, por exemplo, aplicando uma pressão de forjamento predeterminada de acordo com um programa de pressão predeterminado ou taxa de elevação suficiente para rapidamente alcançar densidade total enquanto retendo o compósito na temperatura de sinterização predeterminada; e 4) esfriar o compósito de pó 200 para temperatura ambiente. A pressão predeterminada e a temperatura predeterminada aplicadas durante a formação 420 incluirão uma temperatura de sinterização, T_s, e pressão de forjamento, Pf, como descritas aqui que assegurará sinterização de estado sólido e deformação das partículas de pó 12 para formar compósito de pó completamente denso 200, incluindo ligação de estado sólido 217 e camada de ligação 219. As etapas de aquecimento e retenção do compósito de pó de precursor 100 na temperatura de sinterização predeterminada durante o tempo predeterminado podem incluir qualquer combinação adequada de

38/40 temperatura e tempo, e dependerá, por exemplo, do pó 10 selecionado, incluindo os materiais usados para primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 e as primeiras e segundas camadas de revestimento metálico 16, 36, o tamanho do compósito de pó de precursor 100, o método de aquecimento usado e outros fatores que influenciam o tempo necessário para alcançar a temperatura desejada e a uniformidade de temperatura dentro do compósito de pó de precursor 100. Na etapa de forjamento, a pressão predeterminada pode incluir qualquer pressão adequada e programa de aplicação de pressão ou taxa de elevação de pressão suficientes para alcançar um compósito de pó completamente denso 200, e dependerá, por exemplo, das propriedades dos materiais das primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 selecionadas, incluindo características de estresse/tensão dependentes da temperatura (por exemplo, características de taxa de estresse/tensão), características de interdifusão e termodinâmicas metalúrgicas e de equilíbrios de fase, dinâmica de deslocação e outras propriedades dos materiais. Por exemplo, a pressão de forjamento máxima de forjamento dinâmico e o programa de forjamento (isto é, as taxas de elevação da pressão que correspondem às taxas de tensão empregadas) podem ser usados para trabalhar a resistência mecânica e a dureza do compósito de pó. A pressão de forjamento máxima e a taxa de elevação de forjamento (isto é, a taxa de tensão) é a pressão logo abaixo da pressão de craqueamento do compósito, isto é, onde os processos de recuperação dinâmica não podem aliviar a energia de tensão na microestrutura do compósito sem a formação de uma rachadura do compósito. Por exemplo, para aplicações que requerem um compósito de pó tendo resistência relativamente mais alta e dureza mais baixa, as pressões de forjamento relativamente mais altas e taxas de elevação podem ser usadas. Se dureza relativamente mais alta do compósito de pó for necessária, pressões de forjamento relativamente mais baixas e taxas de elevação podem ser usadas.

Para certas modalidades exemplares das misturas de pó 5 descritas aqui e os compósitos precursores 100 de um tamanho suficiente para formar muitas ferramentas e componentes de poço, os tempos de retenção

39/40 predeterminados de cerca de 1 a cerca de 5 horas podem ser usados. A temperatura de sinterização predeterminada, Ts, preferivelmente será selecionada como descrita aqui para evitar fusão dos primeiros ou segundos núcleos de partícula 14, 34 ou primeiras ou segundas camadas de revestimento metálico 16, 36 à medida que eles são transformados durante o método 400 para fornecer primeiras e segundas partículas dispersas 214, 234 e a nanomatriz 216. Para estas modalidades, forjamento dinâmico pode incluir aplicação de uma pressão de forjamento, tal como compressão dinâmica para um máximo de cerca de 551,5 MPa (80 ksi) a uma taxa de elevação de pressão de cerca de 3,4 MPa (0,5 ksi) a cerca de 13,7 MPa/segundo (2 ksi/segundo).

Em uma modalidade exemplar, onde os primeiros núcleos de partícula 14 incluem Mg e a camada de revestimento metálico 16 inclui várias camadas de revestimento de camada simples e múltipla como descritas aqui, tal como vários revestimentos de camadas simples e múltiplas compreendendo Al, o forjamento dinâmico pode ser executado através de sinterização em uma temperatura, Ts, de cerca de 450°C a cerca de 470 °C por até cerca de 1 hora sem a aplicação de uma pressão de forjamento, seguido por forjamento dinâmico por aplicação de pressões isostáticas em taxas de elevação entre cerca de 3,4 MPa (0,5 ksi) a cerca de 13,7 MPa/segundo (2 ksi/segundo) para uma pressão máxima, Ps, de cerca de 206,8 MPa (30 ksi) a cerca de 413,6 MPa (60 ksi) que podem resultar em ciclos de forjamento de 15 segundos a cerca de 120 segundos. A duração curta do ciclo de forjamento é uma vantagem significativa uma vez que limita a interdifusão, incluindo interdifusão dentro das primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36, interdifusão entre as primeiras e segundas camadas de revestimento metálico adjacentes 16, 36 e interdifusão entre as primeiras e segundas camadas de revestimento 16, 36 e os respectivos primeiros e segundos núcleos de partícula 14, 34 àqueles necessários para formar ligação metalúrgica 217 e a camada de ligação 219, enquanto também mantendo a microestrutura desejada, tal como formas das primeiras e segundas partículas equiaxiais dispersas 214, 234, com a integridade da fase de fortalecimen40/40 to da nanomatriz celular 216. A duração do ciclo de forjamento dinâmico é muito mais curta que os ciclos de formação e tempos de sinterização requeridos para os processos de formação de compósito de pó convencionais, tais como compressão isostática quente (HIP), sinterização assistida com pressão ou sinterização de difusão.

O método 400 pode também opcionalmente incluir formação 430 de um compósito de pó de precursor por compactação da pluralidade de primeiras e segundas partículas de pó 12, 32 suficientemente para deformar as partículas e formar ligações interpartículas entre si e formar o compósito de pó de precursor 100 antes da formação 420 do compósito de pó. A compactação 430 pode incluir comprimir, tal como compressão isostática, da pluralidade de partículas de pó 12 em temperatura ambiente para formar compósito de pó de precursor 100. Em uma modalidade exemplar, o pó 10 pode incluir primeiros núcleos de partícula 14 compreendendo Mg e a formação 430 do compósito de pó de precursor pode ser executada em temperatura ambiente a uma pressão isostática de cerca de 68,9 MPa (10 ksi) a cerca de 413,6 MPa (60 ksi).

Embora uma ou mais modalidades tenham sido mostradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas a estas sem abandono do espírito e escopo da invenção. Consequentemente, será entendido que a presente invenção foi descrita por via de ilustrações e não limitação.

1/5

Claims

REIVINDICAÇÕES

1/6

Profundidade .18

1. Compósito de metal em pó, caracterizado por:

uma nanomatriz celular substancialmente contínua que compreende um material de nanomatriz;

5 uma pluralidade de primeiras partículas dispersas cada uma compreendendo um primeiro material de núcleo de partícula compreendendo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, dispersos na nanomatriz celular;

uma pluralidade de segundas partículas dispersas entremeadas 10 com as primeiras partículas dispersas, cada uma compreendendo um segundo material de núcleo de partícula compreendendo uma nanopartícula de carbono; e uma camada de ligação de estado sólido estendendo-se ao longo da nanomatriz celular entre as primeiras partículas dispersas e as segun15 das partículas dispersas, em que o material de nanomatriz compreende Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, carboneto ou nitreto destes, ou uma combinação de qualquer dos mencionados materiais, e o material de nanomatrix possui uma composição química e o 20 primeiro material de núcleo de partículas possui uma composição química diferente da composição química do material de nanomatriz.

2/6

2/5 caracterizado pelo fato de que o primeiro material de núcleo de partícula compreende uma liga de Mg-Al-X, em que X compreende Zn, Mn, Si, Ca ou Y, ou uma combinação dos mesmos.

5. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, 5 caracterizado pelo fato de que as primeiras partículas dispersas adicionalmente compreendem um elemento de terra rara.

6. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as primeiras partículas dispersas têm um tamanho de partícula médio de cerca de 5 pm a cerca de 300 pm.

10

7. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dispersão das primeiras partículas dispersas e das segundas partículas dispersas compreende uma dispersão substancialmente homogênea dentro da nanomatriz celular.

8. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1,

15 caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono compreendem nanopartículas de carbono funcionalizadas.

9. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono funcionalizadas compreendem nanopartículas de grafeno.

20 10. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono funcionalizadas compreendem nanopartículas de fulereno.

11. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono funcionaliza25 das compreendem partículas de nanodiamante.

12. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono funcionalizadas compreendem bolas magnéticas, agrupamento de bolas magnéticas, papel magnético, nanotubos de parede simples ou nanotubos de paredes

30 múltiplas.

13. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono compreenPetição 870180021223, de 16/03/2018, pág. 7/15

3/5 dem nanopartículas de carbono metalizadas.

14. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação

13, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono metalizadas compreendem nanopartículas de grafeno.

5 15. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação

13, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono metalizadas compreendem nanopartículas de fulereno metalizadas.

16. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono metaliza10 das compreendem partículas de nanodiamante metalizadas.

17. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de fulereno metalizadas compreendem bolas magnéticas metalizadas, agrupamento de bolas magnéticas, papel magnético, nanotubos de parede simples ou nanotubos

15 de paredes múltiplas.

18. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a nanomatriz celular tem uma espessura média de cerca de 50 nm a cerca de 5000 nm.

19. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, 20 caracterizado pelo fato de que o compósito é formado de um pó sinterizado compreendendo uma pluralidade de primeiras partículas de pó e segundas partículas de pó, cada uma das primeiras partículas de pó e das segundas partículas de pó tem um revestimento metálico de camada simples disposto sobre as mesmas, e em que a nanomatriz celular entre as adjacentes

25 da pluralidade de primeiras partículas dispersas e segundas partículas dispersas compreende a camada de revestimento metálico simples de uma das primeiras ou segundas partículas de pó, a camada de ligação e a camada de revestimento metálico simples de outras das primeiras ou segundas partículas de pó.

30 20. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação

19, caracterizado pelo fato de que as primeiras partículas dispersas de pó compreendem Mg e a nanomatriz celular compreende Al ou Ni, ou uma

Petição 870180021223, de 16/03/2018, pág. 8/15

4/5 combinação dos mesmos.

21. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o compósito é formado de um pó sinterizado compreendendo uma pluralidade de primeiras partículas de pó e segun5 das partículas de pó, cada uma das primeiras partículas de pó e das segundas partículas de pó tendo uma pluralidade de camadas de revestimento metálico dispostas sobre as mesmas, e em que a nanomatriz celular entre as adjacentes da pluralidade de primeiras partículas dispersas e segundas partículas dispersas compreende a pluralidade de camadas de revestimento

10 metálico de uma das primeiras ou segundas partículas de pó, a camada de ligação e a pluralidade de camadas de revestimento metálico de outras das primeiras ou segundas partículas de pó, e em que as adjacentes da pluralidade de camadas de revestimento metálico cada uma tem uma composição química diferente.

15 22. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação

21, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de camadas compreende uma primeira camada que é disposta sobre os respectivos dos primeiros e segundos núcleos de partícula e uma segunda camada que é disposta sobre a primeira camada.

20 23. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação

22, caracterizado pelo fato de que as primeiras partículas dispersas compreendem Mg e a primeira camada compreende Al ou Ni, ou uma combinação dos mesmos, e a segunda camada compreende Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou uma combinação dos mesmos, em que

25 a primeira camada tem uma composição química que é diferente de uma composição química da segunda camada.

24. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono compreendem nanopartículas de grafeno.

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25. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono compreendem nanopartículas de fulereno.

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26. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as nanopartículas de carbono compreendem partículas de nanodiamante.

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2. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de nanomatriz tem uma temperatura de fusão (TM), o primeiro material de núcleo de partícula tem uma tem25 peratura de fusão (TDP1) e o segundo material de núcleo de partícula tem uma temperatura de fusão (TDP2); em que o compósito é sinterizável em um estado sólido em uma temperatura de sinterização (TS), e TS é menor que Tm, Tdp1 e Tdp2.

3. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1,

30 caracterizado pelo fato de que o primeiro material de núcleo de partícula compreende Mg-Zn, Mg-Zn, Mg-Al, Mg-Mn, ou Mg-Zn-Y.

4. Compósito de metal em pó de acordo com a reivindicação 1,

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