CN107427914A - 具有用于金属基质复合物的小颗粒金属组分的增强材料共混物 - Google Patents
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Abstract
一种金属基质复合物包含增强的复合物材料，所述增强的复合物材料包含分散在粘合剂材料中的增强材料。所述增强材料包含与增强颗粒一起分散的金属组分并且至少25％的所述金属组分的粒度为50微米或更小。
Description
背景技术
在石油和天然气工业中使用各种各样的工具来形成井筒、完成钻好的井筒并从完成的井筒中生产烃类。井筒形成工具的实例包括切割工具，诸如钻头、铣刀和钻孔铰刀。钻头和其他工具可由金属基质复合物(MMC)形成，并且在本文中可称为“MMC工具”。
MMC工具通常通过将基质增强材料沉积到模具腔中来制造，所述模具腔被设计来形成MMC工具的各种外部和内部特征。模具腔的内表面可被成形来形成MMC工具的所需外部特征。临时置换材料诸如固结砂或石墨可被定位在模具腔的内部内以形成MMC工具的各种内部(或外部)特征。粘合剂材料可被添加到模具腔中，并且所述模具可被放置在炉膛内以使粘合剂材料液化并因此使粘合剂材料渗透基质增强材料的增强颗粒。
MMC工具可以是耐腐蚀的并且表现出高冲击强度。然而，根据所使用的具体材料，MMC材料也可以是易碎的，并且因此由于在制造或操作期间经历的热应力或者由于在使用期间经历的机械应力而出现应力裂纹。
附图简述
以下附图被包括来用于说明本公开的某些方面，并且不应视作排他性实施方案。所公开的主题能够在不脱离本公开的范围的情况下在形式和功能上进行相当多的修改、改变、组合以及等效化。
图1是可根据本公开的原理制造的示例性金属基质复合物工具的透视图。
图2是用于形成图1的钻头的示例性模具组件的横截面侧视图。
图3是图1的钻头的横截面图。
图4A-图4C是三种复合物微结构的放大显微照片图像。
图5是示出作为与增强材料共混的金属组分的粒度减小的函数的横向断裂强度值的条形图。
图6是示出作为与增强材料共混的金属组分的粒度减小的函数的浆体冲蚀体积损失测试结果的条形图。
发明详述
本公开涉及工具制造，并且更具体地涉及用于金属基质复合物工具的增强材料共混物，所述增强材料共混物包含具有优化尺寸设定和分布的金属组分。本文所述的实施方案可用于制造渗透的金属基质复合物和金属基质复合物工具。本文所述的金属基质复合物工具可包含用粘合剂材料渗透并包含与其共混的金属组分的增强材料。根据本公开，金属组分可以约2重量％至约15重量％的范围与增强颗粒一起分散，其中至少25％的金属组分表现出50微米或更小的粒度。所得金属基质复合物工具的强度、延展性、韧性以及耐腐蚀性可通过将金属组分掺入到本文所描述和讨论的增强材料中来改进。
本公开的实施方案适用于作为金属基质复合物(MMC)形成的任何工具或零件。例如，本公开的原理可适用于制造石油和天然气工业中常用的工具或零件以勘探和开采烃类。此类工具和零件包括但不限于油田钻头或切割工具(例如，定角钻头、牙轮钻头、取芯钻头、双心钻头、孕镶钻头、铰刀、稳定器、扩眼器、切割器)、不可回收钻井部件、与井筒的套管钻井相关的铝钻头体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的锥体、用于制造牙轮钻头的支撑臂、固定铰刀的臂、可张开铰刀的臂的锻模的模型、与可张开铰刀相关的内部部件、附接至旋转钻头的井上端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、井壁取心工具、鱼叉、套洗工具、用于井下钻井马达的转子、定子和/外壳、用于井下涡轮机的刀片和外壳以及具有与形成井筒相关的复杂构造和/或非对称几何形状的其他井下工具。
然而，本公开的原理可同样适用于任何工业或领域中所使用的任何类型的MMC。例如，本文所述的方法也可在不脱离本公开的范围的情况下适用于制造装甲板、机动车部件(例如，套筒、气缸套、传动轴、排气阀、制动器转子)、自行车车架、制动器片、垫磨片、航空部件(例如，起落架部件、结构管、支杆、轴、连杆、管道、波导管、导流叶片、转子叶片套筒、后机身下翼、致动器、排气结构、壳体、机架、燃料喷嘴)、涡轮泵和压缩机部件、屏幕、过滤器以及多孔催化剂。本领域技术人员将容易了解的是，以上列表不是全面列表，而仅是示例性的。因此，零件和/或部件的以上列表不应限制本公开的范围。
图1是可根据本公开的原理制造的示例性MMC工具100的透视图。MMC工具100在图1中大体上描绘为可用于石油和天然气工业以钻井井筒的固定切割器钻头。因此，MMC工具100将在本文中称为“钻头100”，但如上文所指示，钻头100可以在不脱离本公开的范围的情况下可替代地使用石油和天然气工业或任何其他工业中所用的任何类型的MMC工具或零件替换。
如图1所示，钻头100可提供围绕钻头头部104的圆周彼此成角度间隔开的多个切割器刀片102。钻头头部104连接至摸柄106以形成钻头体108。摸柄106可通过焊接诸如通过激光电弧焊接连接至钻头头部104，所述焊接导致在焊缝坡口112周围形成焊接部110。摸柄106还可包括用于将钻头100连接至钻杆(未示出)的螺纹销114诸如美国石油学会(API)钻杆螺纹。
在所示实例中，钻头100包括其中形成多个凹部或凹处116的五个切割器刀片102。切割元件118(可替代地称为“切割器”)可固定安装在每个凹部116处。这可例如通过将每个切割元件118钎焊到对应凹部116中来进行。当钻头100在使用中旋转时，切割元件118接合岩石和下层土质材料，以挖掘、刮除或磨掉所穿透的地层材料。
在钻井操作期间，钻井液或“泥浆”可穿过连接至钻头100的螺纹销114处的钻柱(未示出)向井下泵送。钻井液循环通过钻头100并且在定位于喷嘴开口122中的一个或多个喷嘴120处从钻头100排出，所述喷嘴开口122限定在钻头头部104中。排屑槽124形成在各自成角度相邻的一对切割器刀片102之间。钻屑、井下碎片、地层流体、钻井液等可穿过排屑槽124并循环返回至在钻柱的外部部分与所钻井筒的内壁之间形成的环形物内的井表面。
图2是可用于形成图1的钻头100的模具组件200的横截面侧视图。虽然模具组件200示出并讨论为用以帮助制造钻头100，但是可在不脱离本公开的范围的情况下使用模具组件200的许多变型来制造上文提及的任何MMC工具。正如所示，模具组件200可包括若干种部件诸如模具202、内径规204和漏斗206。在一些实施方案中，正如所示，漏斗206可以经由内径规204(诸如通过对应螺纹接合)可操作地连接至模具202。在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，内径规204可从模具组件200中省略并且漏斗206反而可以诸如经由对应螺纹接合可操作地直接连接至模具202。
在一些实施方案中，正如所示，模具组件200还可包括放置在漏斗206上方的粘合剂钵208和盖210。模具202、内径规204、漏斗206、粘合剂钵208以及盖210可各自由例如石墨或氧化铝(Al2O3)或其他合适材料制成或以另外的方式包含所述石墨或氧化铝或其他合适材料。渗透室212可被限定在模具组件200内。各种技术可用于制造模具组件200及其部件，包括但不限于机器加工石墨坯料以产生各种部件并因此限定渗透室212，以表现出钻头100(图1)的所需外部特征的正或反轮廓。
材料诸如固结砂或石墨可被定位在模具组件200内的所需位置处以形成钻头100(图1)的各种特征。例如，一个或多个喷嘴或支柱置换件214(示出一个)可被定位来与通过钻头100限定的流动通道及其相应喷嘴开口(即，图1的喷嘴开口122)的所需位置和配置对应。一个或多个排屑槽置换件216也可被定位在模具组件200内以与排屑槽124(图1)对应。此外，圆柱形中心置换件218可放置于支柱置换件214上。从中心置换件218延伸的支柱置换件214的数目将取决于钻头100中的流动通道和对应喷嘴开口122的所需数目。此外，切割器凹处置换件220可被限定在模具202中或与其包括在一起以形成切割器凹处116(图1)。在所示实施方案中，切割器凹部置换件220示出为形成模具202的整体部分。
在所需置换材料已安装在模具组件200内之后，然后可将增强材料222放置在模具组件200内或以另外的方式引入到所述模具组件200中。根据本公开的实施方案，金属组分224可与增强材料222一起分散并同时引入到模具组件200中。如本文所用，术语“分散”可以是指增强材料222和金属组分224的均匀或非均匀混合物、组合或共混物。如下文所述，金属组分224与增强材料222的共混物产生定制的增强材料，其可证明有利于增加所得MMC工具(例如，图1的钻头100)的强度和延展性并且也可改进耐腐蚀性。
在一些实施方案中，心轴226(可替代地称为“金属坯料”)可至少部分地由渗透室212内的增强材料222和金属组分224支撑。更具体地，在已将足够体积的增强材料222和金属组分224添加到模具组件200中之后，心轴226可位于模具组件200内。心轴226可包括大于中心置换件218的外径230的内径228，并且各种固定件(未明确示出)可用于将心轴226适当定位在模具组件200内的所需位置处。然后可将增强材料222与金属组分224的共混物填充至渗透室212内的所需水平，填充在心轴和中心置换件218周围。
然后可将粘合剂材料232放置在增强材料222和金属组分224的共混物、心轴226和中心置换件218的顶部上。在一些实施方案中，粘合剂材料232可用焊剂层(未明确示出)覆盖。添加到渗透室212中的粘合剂材料232(和任选的焊剂材料)的量应至少足以在渗透过程期间渗透增强材料222和金属组分224。在一些情况下，一些或所有粘合剂材料232可放置在粘合剂钵208中，所述粘合剂钵208可用于经由延伸通过其中的各个导管234将粘合剂材料232分布到渗透室212中。然后可将盖210(如果使用的话)放置在模具组件200上方。
然后可预加热模具组件200和设置于其中的材料并随后放置在炉膛(未示出)中。当炉膛温度达到粘合剂材料232的熔点时，粘合剂材料232将液化并继续渗透增强材料222和金属组分224。在对于液化粘合剂材料232渗透增强材料222和金属组分224所分配的预定时间量之后，然后可从炉膛中移出模具组件200并且以受控速率冷却。
图3是图1的钻头100在图2的模具组件200内进行上述渗透过程之后的横截面侧视图。图3中使用的与图1类似的数字指示类似部件或元件，所述部件或元件将不再描述。一旦冷却，图2的模具组件200可脱离以暴露钻头体108，所述钻头体108现在包含增强的复合物材料302。
正如所示，摸柄106可在焊接部110处牢固附接至心轴226并且心轴226延伸到钻头体108中并形成钻头体108的一部分。摸柄106限定与第二流体腔304b流体连通的第一流体腔304a，所述第二流体腔304b对应于中心置换件218的位置(图2)。第二流体腔304b纵向延伸到钻头体108中，并且至少一个流体通道306(示出一个)可从第二流体腔304b延伸到钻头体108的外部部分。流动通道306对应于支柱置换件214的位置(图2)。喷嘴开口122(在图3中示出一个)被限定在钻头体108外部部分处的流动通道306端部，并且凹处116描绘为在钻头体108周边周围形成并且成形来接收切割元件118(图1)。
增强材料222(可替代地称为“基质粉末”)可包括各种类型的粉末增强颗粒。合适类型的增强颗粒包括但不限于以下各项的颗粒：金属、金属合金、超合金、金属互化物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷、金刚石以及类似物或其任何组合。
合适的增强颗粒的实例包括但不限于钨、钼、铌、钽、铼、铱、钌、铍、钛、铬、铑、铁、钴、铀、镍、氮化物、氮化硅、氮化硼、立方氮化硼、天然金刚石、合成金刚石、烧结碳化物、球状碳化物、低合金烧结材料、铸态碳化物、碳化硅、碳化硼、立方碳化硼、碳化钼、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化铁、碳化钨、粗晶碳化钨、铸态碳化钨、破碎的烧结碳化钨、渗碳化碳化钨、钢、不锈钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、陶瓷、铁合金、镍合金、钴合金、铬合金、合金(即，含有镍-铬的合金，可获自Haynes International)、合金(即，含有奥氏体镍-铬的超合金，可获自Special Metals Corporation)、(即，奥氏体镍基超合金)、合金(即，含有镍-铬的合金，可获自Altemp Alloys,Inc.)、合金(即，含有镍-铬的超合金，可获自Haynes International)、合金(即，含有铁-镍的超合金，可获自Mega Mex)、MP98T(即，镍-铜-铬超合金，可获自SPSTechnologies)、TMS合金、合金(即，镍基超合金，可获自C-M Group)、钴合金6B(即，钴基超合金，可获自HPA)、N-155合金、其任何混合物以及其任何组合。在一些实施方案中，增强颗粒可被涂覆，诸如涂覆有钛的金刚石。在一些实施方案中，增强颗粒的选择可基于用于渗透增强材料222和金属组分224的粘合剂材料232或粘合剂合金系统的类型。在此类情况下，增强颗粒可被选择为耐受粘合剂材料232或粘合剂合金系统。
用于金属组分224的合适材料包括但不限于钛、铬、铁、钴、镍、锰、铜、钢、不锈钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、铁合金、镍合金、钴合金、铬合金、合金(即，含有镍-铬的合金，可获自Haynes International)、合金(即，含有奥氏体镍-铬的超合金，可获自Special MetalsCorporation)、(即，奥氏体镍基超合金)、合金(即，含有镍-铬的合金，可获自Altemp Alloys,Inc.)、合金(即，含有镍-铬的超合金，可获自Haynes International)、合金(即，含有铁-镍的超合金，可获自Mega Mex)、MP98T(即，镍-铜-铬超合金，可获自SPSTechnologies)、TMS合金、合金(即，镍基超合金，可获自C-M Group)、钴合金6B(即，钴基超合金，可获自HPA)、N-155合金、铜合金(即，CuMnP)、锰合金、其任何混合物以及其任何组合。
合适的粘合剂材料232包括但不限于铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、其任何混合物、其任何合金以及其任何组合。粘合剂材料232的合金的非限制性实例可包括铜-磷、铜-磷-银、铜-锰-磷、铜-镍、铜-锰-镍、铜-锰-锌、铜-锰-镍-锌、铜-镍-铟、铜-锡-锰-镍、铜-锡-锰-镍-铁、金-镍、金-钯-镍、金-铜-镍、银-铜-锌-镍、银-锰、银-铜-锌-镉、银-铜-锡、钴-硅-铬-镍-钨、钴-硅-铬-镍-钨-硼、锰-镍-钴-硼、镍-硅-铬、镍-铬-硅-锰、镍-铬-硅、镍-硅-硼、镍-硅-铬-硼-铁、镍-磷、镍-锰、铜-铝、铜-铝-镍、铜-铝-镍-铁、铜-铝-镍-锌-锡-铁以及类似物以及其任何组合。可商购获得的粘合剂材料232的实例包括但不限于VIRGINTM粘合剂453D(铜-锰-镍-锌，可获自BelmontMetals,Inc.)以及铜-锡-锰-镍和铜-锡-锰-镍-铁级别516、519、523、512、518以及520(可获自ATI Firth Sterling)；以及其任何组合。
如图3的放大细部图所示，增强的复合物材料302可包含增强材料222，所述增强材料222具有与其一起分散并用粘合剂材料232渗透的金属组分224。当将增强材料222和金属组分224的混合物或共混物装载到渗透室212(图2)中时，金属组分224有助于在增强材料222的增强颗粒之间形成间隔。在渗透过程期间，金属组分224熔融并且在一些情况下溶解在液体粘合剂材料232中。结果是在最终微结构内形成金属池。
在一些实施方案中，如图3的表示为“3A”的第一放大细部图所示，金属组分224可以是与粘合剂材料232不混溶的。如本文所用，相对于金属和/或金属合金组成的术语“不混溶”是指不能形成合金的两种或更多种组成。在此类实施方案中，增强的复合物材料302可包含增强材料222，所述增强材料222具有与其一起分散的金属组分224，其中增强材料222和金属组分224二者用粘合剂材料232渗透。
在其他实施方案中，如图3的表示为“3B”的放大细部图所示，金属组分224可以是与粘合剂材料232混溶的。在此类实施方案中，增强的复合物材料302可包含用粘合剂材料232和金属组分224的合金236渗透的增强材料222。所得合金236与3A所示非合金粘合剂材料232相比可为所得增强的复合物材料302提供改进的强度、硬度和/或耐腐蚀性。
还在其他实施方案中，如图3C的表示为“3C”的放大细部图所示，金属组分224与粘合剂材料232之间的混溶性可引起分散在粘合剂材料232和金属组分224的合金236中的金属互化物颗粒238的形成。通常，金属互化物颗粒238比初始金属组分224的颗粒更小且更丰富。金属互化物颗粒238可进一步改进所得增强的复合物材料302的强度、硬度和/或耐腐蚀性。
在3A-3C所示的每个实施方案中，在渗透之前增强材料222的增强颗粒由包含金属组分224而产生的间隔可通过允许更大破坏应变并减弱裂纹扩展来增加所得增强的复合物材料302的强度和韧性。
根据本公开的实施方案，钻头100的机械特性(特别是其强度和韧性)可通过优化与增强材料222一起分散并包含在所得增强的复合物材料302中的金属组分224的类型、数量和尺寸中的一种或多种来改进。在历史上，与增强材料222一起分散的金属组分224的平均粒度是在约75微米与约100微米之间，所述平均粒度通常太大不能分开增强材料222的较小增强颗粒，所述较小增强颗粒有时可小于50微米。因此，当使用由尺寸设定在75微米与100微米之间的颗粒组成的金属组分时，增强材料222的较小增强颗粒可在渗透期间保持聚集并且因此不能均匀分散在所得增强的复合物材料302的微结构中。
然而，最近测试已显示当与增强材料222共混时金属组分224的粒度减小至50微米或更小时可以实现对钻头的强度和韧性的改进。更具体地说，与金属组分224通常在75微米与100微米之间的范围内的常规粒度相比，较小粒度可引起更多具有小平均尺寸的金属池的形成，所述金属池更均匀地分散在整个所得微结构中。这是因为对于给定质量的金属组分224，减小粒度对应地增加与增强材料222的共混物中的颗粒数目。因此，这允许增强材料222的增强颗粒与金属组分224的较小颗粒的更均匀和均质的间隔开。在一些实施方案中，至少25％的金属组分224的颗粒具有50微米或更小的尺寸。在一些实施方案中，至少50％的金属组分224的颗粒具有50微米或更小的尺寸。在一些实施方案中，至少75％的金属组分224的颗粒具有50微米或更小的尺寸。在一些实施方案中，至少90％的金属组分224的颗粒具有50微米或更小的尺寸。
在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，当与增强材料222共混时金属组分224的粒度可以减小至40微米或更小，可替代地30微米或更小，可替代地20微米或更小，或者可替代地10微米或更小。在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，至少50％的金属组分224的颗粒可以是40微米或更小，可替代地30微米或更小，可替代地20微米或更小，或者可替代地10微米或更小。在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，至少75％的金属组分224的颗粒可以是40微米或更小，可替代地30微米或更小，可替代地20微米或更小，或者可替代地10微米或更小。在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，至少90％的金属组分224的颗粒可以减小至40微米或更小，可替代地30微米或更小，可替代地20微米或更小，或者可替代地10微米或更小。
与增强材料222所共混的金属组分224的总重量百分比(重量％)也是开发最佳增强材料共混物的重要方面。确切地说，控制金属组分224中的小颗粒与大颗粒的重量％可以影响增强材料222的材料特性。通过测试和来自实验室数据的验证，已观察到在与增强材料222共混时具有约4重量％至约10重量％范围内的金属组分224是最佳量。小于4重量％的量倾向于使增强材料222的增强颗粒之间的间隙减小太多，这会降低所得微结构的总体强度和韧性。相反地，具有以大于10重量％的量存在的金属组分224倾向于使增强颗粒402之间的间隙增加太多，这可导致所得微结构的耐腐蚀性降低。
因此，金属组分224与增强材料222的最佳共混物包含当表现出50微米或更小粒度并占总增强材料222的约4重量％至约10重量％时的金属组分224。在至少一个实施方案中，增强材料222可包含与镍(Ni)或Ni合金粉末金属组分224共混的碳化钨(WC)增强颗粒，所述金属组分224的范围为约2重量％至约15重量％，但更优选地约4重量％与约10重量％之间。在此类实施方案中，用于渗透增强材料222和金属组分224的共混物的粘合剂材料232可包括铜合金，诸如Cu-Mn-Ni-Zn。用作金属组分224的镍和镍合金连同Cu-Mn-Ni-Zn粘合剂材料232可通过在渗透期间形成NiMn金属互化物来增加粘合剂材料232的所得强度。由游离Ni原位形成的合金也具有减小所得微结构内的孔隙率的熔融范围，这可另外降低微结构的强度。
增强材料222的增强颗粒可具有单模态或双模态粒度分布。如本文所用，术语“粒度分布”是指通过根据尺寸存在的颗粒的质量限定相对量的一系列值或数学函数。粒度分布可使用光散射或统计学图像分析(例如，使用扫描电子显微照相术)确定。
在单模态粒度分布中，增强材料222的增强颗粒可选自以下之一：至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是100微米或更大，至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是250微米或更大，至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是500微米或更大，至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是10微米或更小，至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是100微米或更小，或者至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是250微米或更小。
在双模态粒度分布中，增强材料222可包含由尺寸区分的两种或更多种类型的增强颗粒。较高尺寸(直径)模态可选自以下之一：至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是100微米或更大，至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是250微米或更大，或者至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是500微米或更大。较小尺寸(直径)模态可选自以下之一：至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是10微米或更小，至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是100微米或更小，或者至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的增强颗粒是250微米或更小。
例如，在一些情况下，增强材料222可包含第一增强颗粒，其中至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的第一增强颗粒的粒度为50微米或更小，以及第二增强颗粒，其中至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的第二增强颗粒的粒度为250微米或更大。可替代地，在一些情况下，增强材料222可包含第一增强颗粒，其中至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的第一增强颗粒的粒度为10微米或更小，以及第二增强颗粒，其中至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的第二增强颗粒的粒度为100微米或更大。在一些情况下，增强材料222的双模态粒度分布可通过将增强颗粒的两种样品混合来实现，其中每种样品对应于不同尺寸模态。一旦将增强颗粒的两种样品混合，每种模态的粒度分布就可通过光散射和例如使用像高斯(Gaussian)、洛伦兹(Lorentzian)、沃伊特(Voigt)、指数修正的高斯以及其组合的函数对每种模态进行的峰拟合来确定。
通常，当使用具有双模态粒度分布的增强材料222时，金属组分224的粒度分布应类似于或小于双模态粒度分布的较小直径模态。例如，增强材料222可包含第一增强颗粒，其中至少25％的第一增强颗粒的粒度为50微米或更小，以及第二增强颗粒，其中至少25％的第二增强颗粒的粒度为250微米或更大，并且金属组分224可具有至少25％(可替代地，50％、75％或90％)的其中粒度为50微米或更小(可替代地，40微米或更小、30微米或更小、20微米或更小或者10微米或更小)的颗粒。
为了促进对本公开的更好理解，给出优选或代表性实施方案的以下测试数据和实施例。以下实施例决不应被理解为限制或限定本公开的范围。
图4A-图4C分别是三种复合物微结构400a、400b和400c的放大显微照片图像。复合物微结构400a-400c各自可与图3的复合物材料302(例如，图3的放大细部图)比较，并且各自表现出金属组分224(图3)在与增强材料222(图3)共混并用粘合剂材料232(图3)渗透时的不同尺寸。
在每个复合物微结构400a-400c中，可观察到增强材料222(图3)的增强颗粒402散布在多个粘合剂池404中。粘合剂池404包含通过以上所述渗透过程熔融或溶解到粘合剂材料232(图3)中的金属组分224(图3)。在每个复合物微结构400a-400c中的增强颗粒402包括碳化钨(WC)颗粒并且表现出在约10微米与100微米之间的范围内的粒度。在每个复合物微结构400a-400c中的金属组分224包括镍(Ni)颗粒，但可以可替代地包括本文提及的适用于金属组分224的任何材料。在每个微结构400a-400c中Ni金属组分224的重量％范围可以是在4％-8％之间，这也可包括此总数中包含的CuMnP组分。
图4A是第一复合物微结构400a的显微照片，所述第一复合物微结构400a包括基线或标准钻头微结构，其中金属组分224表现出在约70微米至约100微米之间的范围的粒度。如图可见，大粘合剂池404形成在增强颗粒402中，这指示在第一复合物微结构400a内未最佳增强并因此将导致较低强度和韧性的大区域。此外，在图4A中可看出较小增强颗粒402保持聚集在一起并且未另外均匀分散在微结构中。这也可导致强度和韧性降低。最后，第一复合物微结构400a显示空隙406的大量存在，这表示第一复合物微结构400a中的孔隙率。孔隙率可导致开裂并且因此空隙406表示第一复合物微结构400a的机械特性的另一种缺陷。
在图4B中，第二复合物微结构400b使用粒度为约40微米的金属组分224来形成。与第一复合物微结构400a相比，第二复合物微结构400b的较小增强颗粒402更均匀地展开，这产生较小的粘合剂池404尺寸。当增强颗粒402能够形成更均匀微结构时，较小粘合剂池404产生增加的强度和韧性。此外，与图4A的第一复合物微结构400a相比，第二复合物微结构400b显示空隙406的较低存在，这与图4A的第一复合物微结构400a相比也增强第二复合物微结构400b的机械特性。
在图4C中，第三复合物微结构400c使用粒度为约10微米的金属组分224来形成。值得注意的是，与第一复合物微结构400a和第二复合物微结构400b相比，第三复合物微结构400c中的粘合剂池404的尺寸甚至更小，并且较小增强颗粒402更均匀地展开。与第一复合物微结构400a和第二复合物微结构400b相比，第三复合物微结构400b也显示空隙406的存在减少。
因此，通过比较分析复合物微结构400a-400c观察到，通过降低与增强颗粒402共混的金属组分224的粒度，获得所得微结构中的孔隙率的显著降低。此外，随着金属组分224的粒度降低，所得粘合剂池404的尺寸对应地降低，因为金属组分224的较小颗粒能够更均匀地展开到增强颗粒404中。对粘合剂池404的此显著作用是出乎意料的，因为粘合剂池404最初被认为由与金属组分224共混的增强材料222(图3)中的堆积断层(packing fault)或不一致(即，其中颗粒未有效堆积的区域)引起。此外，最初认为金属组分224将熔融或扩散到粘合剂中。
图5是示出作为与增强材料共混的金属组分的粒度减小的函数的横向断裂强度(TRS；标准ASTM B406测试)值的条形图。更确切地说，第一条形502a对应于由类似于图4A的第一复合物微结构400a的微结构获得的测试结果，第二条形502b对应于由类似于图4B的第二复合物微结构400b的微结构获得的测试数据，并且第三条形502c对应于由类似于图4C的第三复合物微结构400c的微结构获得的测试数据。因此，在每个条形502a-502c中的测试数据表示具有WC增强颗粒的微结构，所述增强颗粒表现出在约10微米与100微米之间的范围内的粒度并且与具有相同重量％浓度(例如，在约4重量％与约10重量％之间的范围内)的Ni金属组分共混。每个条形502a-502c表示十种测试样品和所获得的对应结果的平均值。
在第一条形502a中表示的Ni金属组分表现出约70微米至约100微米的粒度。通过将Ni金属组分的粒度降低至约40微米，如第二条形502b中所表示，所测量的TRS增加约14,000psi。通过将Ni金属组分的粒度进一步降低至约10微米，如第三条形502c中所表示，所测量的TRS再增加10,000psi至约24,000psi，大于70-100微米实例。因此，每个条形502a-502c表示Ni金属组分在共混到相同WC增强颗粒中并以相同重量％浓度时的不同粒度。唯一差别是Ni金属组分的粒度，并且条形502a-502c证实了较小粒度的结果作用。
图6是示出作为与增强材料共混的金属组分的粒度减小的函数的浆体冲蚀体积损失测试结果的条形图。类似于图5的条形图，图6的条形图的条形对应于图4A-图4C的复合物微结构400a-400c的微结构。更确切地说，第一条形602a对应于由类似于图4A的第一复合物微结构400a的微结构获得的测试结果，第二条形602b对应于由类似于图4B的第二复合物微结构400b的微结构获得的测试数据，并且第三条形602c对应于由类似于图4C的第三复合物微结构400c的微结构获得的测试数据。因此，在每个条形602a-602c中的测试数据表示具有WC增强颗粒的微结构，所述增强颗粒表现出在约10微米与100微米之间的范围内的粒度并且与具有相同重量％浓度(例如，在约4重量％与约10重量％之间的范围内)的Ni金属组分共混。
在第一条形602a中表示的Ni金属组分表现出约70微米至约100微米的粒度，并且所得浆体冲蚀体积损失被测量为2.10％。通过将Ni金属组分的粒度降低至约40微米，如第二条形602b中所表示，所测量的浆体冲蚀体积损失降低至1.79％。通过将Ni金属组分的粒度进一步降低至约10微米，如第三条形602c中所表示，所测量的浆体冲蚀体积损失甚至进一步降低至1.78％。因此，每个条形602a-602c表示Ni金属组分在共混到相同WC增强颗粒中并以相同重量％浓度时的不同粒度。唯一差别是Ni金属组分的粒度，并且条形602a-602c证实了较小粒度的结果作用。
本文所述的实施方案包括但不限于：
A：一种包含增强的复合物材料的金属基质复合物(MMC)，所述增强的复合物材料包含分散在粘合剂材料中的增强材料，其中所述增强材料包含与增强颗粒一起分散的金属 组分并且至少25％的所述金属组分的粒度为50微米或更小。
B：一种钻头，其包括：钻头体；以及多个连接至所述钻头体的外部的切割元件，其中所述钻头体的至少一部分包含增强的复合物材料，所述增强的复合物材料包含分散在粘合剂材料中的增强材料，其中所述增强材料包含与增强颗粒一起分散的金属组分并且至少25％的所述金属组分的粒度为50微米或更小。
C：一种制造金属基质复合物(MMC)的方法，所述方法包括：将增强材料装载到模具腔中，其中所述增强材料包含与增强颗粒一起分散的金属组分并且至少25％的所述金属组分的粒度为50微米或更小；以及在足以熔融所述金属组分和粘合剂材料的温度下用所述粘合剂材料渗透所述增强材料。
实施方案A、B和C可以任选地还包括以下的一种或多种：要素1：其中所述增强颗粒是碳化钨颗粒并且所述金属组分包括镍或镍合金；要素2：其中所述粘合剂材料是铜合金；要素3：其中所述金属组分以2重量％与15重量％之间的范围内的浓度与所述增强材料一起分散；要素4：其中所述金属组分以4重量％与10重量％之间的范围内的浓度与所述增强材料一起分散；要素5：其中所述金属组分选自由以下组成的组：钛、铬、铁、钴、镍、锰、铜、钢、不锈钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、铁合金、镍合金、钴合金、铬合金、铜合金、锰合金以及其任何组合；要素6：其中所述MMC工具是选自由以下组成的组的工具：油田钻头或切割工具、不可回收钻井部件、与井筒的套管钻井相关的铝钻头体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的锥体、用于制造牙轮钻头的支撑臂、固定铰刀的臂、可张开铰刀的臂的锻模的模型、与可张开铰刀相关的内部部件、可附接至旋转钻头的井上端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、井壁取心工具、鱼叉、套洗工具、用于井下钻井马达的转子、定子和/外壳、用于井下涡轮机的刀片、装甲板、机动车部件、自行车车架、制动器片、航空部件、涡轮泵部件以及其任何组合；要素7：其中所述金属组分的至少90％的所述粒度为50微米或更小；要素8：其中所述金属组分的至少50％的所述粒度为20微米或更小；要素9：其中所述金属组分的至少50％的所述粒度为10微米或更小；要素10：其中所述金属组分的至少75％的所述粒度为10微米或更小；要素11：其中所述金属组分的至少90％的所述粒度为20微米或更小；要素12：其中所述金属组分的至少75％的所述粒度为25微米或更小；要素13：其中所述金属组分的至少90％的所述粒度为10微米或更小；要素14：其中所述增强颗粒包括：第一增强颗粒，其中至少25％的所述第一增强颗粒的粒度为50微米或更小；以及第二增强颗粒，其中至少25％的所述第二增强颗粒的粒度为250微米或更大；以及要素15：其中所述增强颗粒包括：第一增强颗粒，其中至少50％的所述第一增强颗粒的粒度为10微米或更小；以及第二增强颗粒，其中至少50％的所述第二增强颗粒的粒度为100微米或更大。实施方案C可任选地(单独或与以上之一组合)还包括要素16：其中用所述粘合剂材料渗透所述增强材料包括在用粘合剂材料渗透所述增强材料时在所述粘合剂材料与所述金属组分之间形成合金，并且任选地还包括要素17：其中用所述粘合剂材料渗透所述增强材料包括在渗透期间用所述粘合剂材料扩散所述金属组分或将所述金属组分与所述粘合剂材料混合并且从而形成金属互化物颗粒。
作为非限制性实例，实施方案A、B和C还可包括以下要素的组合：组合的要素1和2；要素3或4与要素1和2之一或二者组合；要素3或4与要素5和任选地要素2组合；要素5(并且任选地与要素2)与要素1和2之一或二者组合；要素6与要素1和2之一或二者组合并任选地与要素3或4进一步组合；要素6与要素5和2之一或二者组合并任选地与要素3或4进一步组合；要素6与要素3或4组合；要素7-15之一与要素1和2之一或二者组合并任选地与要素3或4和/或要素6进一步组合；要素7-15之一与要素5和2之一或二者组合并任选地与要素3或4和/或要素6进一步组合；以及要素7-15之一与要素3或4组合。
因此，所公开系统和方法良好适合于获得所提及的目标和优点以及本发明固有的那些目标和优点。以上公开的具体实施方案仅是说明性的，因为本公开的教义可以对受益于本文的教义的本领域技术人员显而易知的不同但等效的方式来修改和实践。此外，并不意图对本文示出的构造或设计的细节进行限制，而所附权利要求书中描述的除外。以上公开的具体说明性实施方案可被改变、组合或修改，并且所有此类变化被认为在本公开的范围内。本文说明性公开的系统和方法可以在缺少本文未特定公开的任何要素和/或本文所公开的任何任选要素的情况下得以实践。虽然组合物和方法根据“包含”、“含有”或“包括”各种组分或步骤来描述，但是组合物和方法也可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。所有公开的具有下限和上限的数字范围，均明确公开落在所述范围内的任何数字和任何包括的范围。具体地说，本文公开的值的每个范围(形式为“约a至约b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a–b”)应理解为阐述涵盖在值的较宽范围内的每个数字和范围。另外，除非专利权人另外明确并清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其平常、普通的含义。此外，如权利要求书中所用的不定冠词“一个/种(a/an)”在本文中定义为意指引入的一个或一个以上的要素。
如本文所用，在一系列项目之前的短语“至少一个”，以及用于分开所述项目中的任何一个的术语“和”或“或”整体地修改列表，而不是所述列表中的每一个成员(即，每个项目)。短语“至少一个”允许包括项目中任何一个的至少一个、和/或项目的任何组合的至少一个、和/或项目中每一个的至少一个的意义。以举例的方式，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”各自指只有A、只有B、或只有C；A、B和C的任何组合；和/或A、B和C中每一个的至少一个。
Claims (20)
1.一种包含增强的复合物材料的金属基质复合物(MMC)，所述增强的复合物材料包含分散在粘合剂材料中的增强材料，其中所述增强材料包含与增强颗粒一起分散的金属组分并且至少25％的所述金属组分的粒度为50微米或更小。
2.如权利要求1所述的MMC，其中所述增强颗粒是碳化钨颗粒并且所述金属组分包括镍或镍合金。
3.如权利要求2所述的MMC，其中所述粘合剂材料是铜合金。
4.如权利要求1所述的MMC，其中所述金属组分以在2重量％与15重量％之间的范围内的浓度与所述增强材料一起分散。
5.如权利要求1所述的MMC，其中所述金属组分以在4重量％与10重量％之间的范围内的浓度与所述增强材料一起分散。
6.如权利要求1所述的MMC，其中所述金属组分选自由以下组成的组：钛、铬、铁、钴、镍、锰、铜、钢、不锈钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢、铁合金、镍合金、钴合金、铬合金、铜合金、锰合金以及其任何组合。
7.如权利要求1所述的MMC，其中所述MMC工具是选自由以下组成的组的工具：油田钻头或切割工具、不可回收钻井部件、与井筒的套管钻井相关的铝钻头体、钻柱稳定器、用于牙轮钻头的锥体、用于制造牙轮钻头的支撑臂、固定铰刀的臂、可张开铰刀的臂的锻模的模型、与可张开铰刀相关的内部部件、可附接至旋转钻头的井上端的套筒、旋转导向工具、随钻测井工具、随钻测量工具、井壁取心工具、鱼叉、套洗工具、用于井下钻井马达的转子、定子和/外壳、用于井下涡轮机的刀片、装甲板、机动车部件、自行车车架、制动器片、航空部件、涡轮泵部件以及其任何组合。
8.如权利要求1所述的MMC，其中所述金属组分的至少90％的所述粒度为50微米或更小。
9.如权利要求1所述的MMC，其中所述金属组分的至少50％的所述粒度为20微米或更小。
10.如权利要求1所述的MMC，其中所述增强颗粒包括：
第一增强颗粒，其中至少25％的所述第一增强颗粒的粒度为50微米或更小；以及
第二增强颗粒，其中至少25％的所述第二增强颗粒的粒度为250微米或更大。
11.如权利要求1所述的MMC，其中所述增强颗粒包括：
第一增强颗粒，其中至少50％的所述第一增强颗粒的粒度为10微米或更小；以及
第二增强颗粒，其中至少50％的所述第二增强颗粒的粒度为100微米或更大。
12.一种钻头，其包括：
钻头体；以及
多个连接至所述钻头体的外部的切割元件，
其中所述钻头体的至少一部分包含增强的复合物材料，所述增强的复合物材料包含分散在粘合剂材料中的增强材料，其中所述增强材料包含与增强颗粒一起分散的金属组分并且至少25％的所述金属组分的粒度为50微米或更小。
13.如权利要求12所述的钻头，其中所述增强颗粒是碳化钨颗粒，所述金属组分包括镍或镍合金，并且所述粘合剂材料包括铜合金。
14.如权利要求12所述的钻头，其中所述金属组分以在2重量％与15重量％之间的范围内的浓度与所述增强颗粒一起分散。
15.一种制造金属基质复合物(MMC)的方法，所述方法包括：
将增强材料装载到模具腔中，其中所述增强材料包含与增强颗粒一起分散的金属组分并且至少25％的所述金属组分的粒度为50微米或更小；以及
在足以熔融所述金属组分和粘合剂材料的温度下用所述粘合剂材料渗透所述增强材料。
16.如权利要求15所述的方法，其中用所述粘合剂材料渗透所述增强材料包括在用粘合剂材料渗透所述增强材料时在所述粘合剂材料与所述金属组分之间形成合金。
17.如权利要求16所述的方法，其中用所述粘合剂材料渗透所述增强材料包括在渗透期间用所述粘合剂材料扩散所述金属组分或将所述金属组分与所述粘合剂材料混合并且从而形成金属互化物颗粒。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述增强颗粒是碳化钨颗粒，所述金属组分包括镍或镍合金，并且所述粘合剂材料包括铜合金。
19.如权利要求16所述的方法，其中将所述增强材料装载到所述模具腔中包括将所述增强颗粒和所述金属组分的共混物装载到所述模具腔中，其中所述金属组分以2重量％与15重量％之间的范围内的浓度与所述增强颗粒一起分散。
20.如权利要求16所述的方法，其中将所述增强材料装载到所述模具腔中包括将所述增强颗粒和所述金属组分的共混物装载到所述模具腔中，其中所述金属组分以4重量％与10重量％之间的范围内的浓度与所述增强颗粒一起分散。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1042500A (zh) * | 1988-11-10 | 1990-05-30 | 兰克西敦技术公司 | 改善金属基质复合体性能的方法 |
| CN1042499A (zh) * | 1988-11-10 | 1990-05-30 | 兰克西敦技术公司 | 金属基质复合体的定向固化方法 |
| US8074750B2 (en) * | 2005-11-10 | 2011-12-13 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools comprising silicon carbide composite materials, and methods of forming same |
| CN102439257A (zh) * | 2009-06-19 | 2012-05-02 | 钴碳化钨硬质合金公司 | 具有熔渗的金属基体本体的耐腐蚀地下钻头尖 |
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN1042500A (zh) * | 1988-11-10 | 1990-05-30 | 兰克西敦技术公司 | 改善金属基质复合体性能的方法 |
| CN1042499A (zh) * | 1988-11-10 | 1990-05-30 | 兰克西敦技术公司 | 金属基质复合体的定向固化方法 |
| US8074750B2 (en) * | 2005-11-10 | 2011-12-13 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools comprising silicon carbide composite materials, and methods of forming same |
| CN102439257A (zh) * | 2009-06-19 | 2012-05-02 | 钴碳化钨硬质合金公司 | 具有熔渗的金属基体本体的耐腐蚀地下钻头尖 |
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