NO346604B1 - Propp som omfatter en hoveddel med en ytre overflate konfigurert til å innkoble et sete på en innsettende måte, der minst den ytre overflate av proppen er konfigurert til å oppløses ved eksponering for et målmiljø - Google Patents

Description

KRYSSHENVISNING TIL TILKNYTTEDE SØKNADER

[0001] Denne patentsøknaden krever nytten av U.S. Patentsøknad nr. 12/947048, inngitt den 16. november 2010, som er innlemmet heri i sin helhet.

[0002] Denne patentsøknaden inneholder sakens gjenstand tilknyttet sakens gjenstand i samtidig verserende patenter, som er overdratt til den samme assignatar som denne patentsøknaden, Baker Hughes Incorporated of Houston, Texas, som alle ble inngitt den 8. desember 2009. Patentsøknadene nevnt under her herved innlemmet med henvisning til deres helhet.

[0003] U.S. patentsøknad nr. 12/633,682, sakførers rettslistenr. MTL4‐49581‐US (BAO0372US), med tittelen NANOMATRISE KOMPAKTERT PULVERMETALLPRODUKT;

[0004] U.S. patentsøknad nr. 12/633,686, sakførers rettslistenr. OMS4‐50039‐US (BAO0386US), med tittelen BELAGT METALLPULVER OG FREMGANGSMÅTE FOR Å GJØRE DET SAMME;

[0005] U.S. patentsøknad nr. 12/633 688, sakførers rettslistenr. MTL4‐50131‐US (BAO0389US), med tittelen FREMGANGSMÅTE FOR Å LAGE ET NANOMATRISE KOMPAKTERT PULVERMETALLPRODUKT;

[0006] U.S. patentsøknad nr. 12/633,678, sakførers rettslistenr. MTL4‐50132‐US (BAO0390US) med tittelen KONSTRUERT KOMPAKTERT PULVERPRODUKTKOMPOSITTMATERIALE.

BAKGRUNN

[0007] I bore‐ og ferdigstillingsindustrien er det ofte ønskelig å bruke det som er kjent innen teknikken som utløsningskuler, bor (generelt kalt propper) for en mengde forskjellige operasjoner som krever tilfeller med stigende trykk. Slik det er kjent av fagkyndige på området, slippes uløsningskuler på utvalgte tidspunkt for å plasseres i et nedihulls kulesete og opprette en forsegling der. Forseglinger som er opprettet er ofte ment å være midlertidig. Etter at operasjonen hvor utløsningskulen var sluppet er fullført, fjernes kulen fra borehullet ved hjelp av fremgangsmåter slik som snudd sirkulasjon av kulen ut av brønnen. Dette krever likevel at kulen løsnes fra setet. Enkelte ganger kan kulene sette seg fast i et sete og dermed hindre den fra å sirkuleres ut av brønnen, og dermed kreves det mer tidkrevende og kostbare fremgangsmåter for å fjerne kulen, slik som ved å bore kulen ut, for eksempel. Anordninger og fremgangsmåter som gjør det mulig for en operatør å fjerne en kule uten å gjøre bruk av kostbare prosesser ville bli godt mottatt innen området.

KORT BESKRIVELSE

[0008] Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en propp som omfatter en hoveddel med en ytre overflate konfigurert til å innkoble et sete på en innsettende måte, der minst den ytre overflaten av proppen er konfigurert til å oppløses ved eksponering for et målmiljø, kjennetegnet ved at minst én del av hoveddelen som avgrenser den ytre overflaten er laget av et sintret pulvermetall, som omfatter: en vesentlig kontinuerlig, cellulær nanomatrise som omfatter et nanomatrisemateriale; en mengde spredte partikler som omfatter et partikkelkjernemateriale som omfatter Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av disse, spredt i den cellulære nanomatrisen; og et faststoff bindingslag som strekker seg gjennom den cellulære nanomatrisen mellom de spredte partiklene.

[0009] Foretrukne utførelsesformer av proppen er videre utdypet i kravene 2 til og med 6.

[0010] Det beskrives her en fremgangsmåte for å trekke en propp ut av et sete, som omfatter å oppløse minst én overflate av en propp innsatt mot setet, og å fjerne proppen fra setet.

[0011] Det beskrives også en propp som omfatter en hoveddel med en ytre overflate konfigurert til på en innsettende måte å innkoble et sete, der minst den ytre overflaten av proppen er konfigurert til å oppløses ved eksponering for et målmiljø.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0012] Følgende beskrivelser skal ikke betraktes som begrensende på noe vis. Med henvisning til de vedlagte tegningene, har like elementer like nummer:

[0013] FIG. 1 avbilder et tverrsnittbilde av en her propp beskrevet inne i et rør;

[0014] FIG. 2 avbilder et tverrsnittbilde av en alternativ propp beskrevet her;

[0015] FIG. 3 er et fotomikrogram av et pulver 210 slik det beskrives her som er innebygd i et innstøpningsmateriale og seksjonert;

[0016] FIG. 4 er en skjematisk fremstilling av en eksempelvis utførelsesform av en pulverpartikkel 12 slik det angis i en eksempelvis tverrsnitt vist i snitt 4‐4 i figur 3;

[0017] figur 5 er et fotomikrogram av en eksempelvis utførelsesform av et kompaktert pulverprodukt slik det beskrives her;

[0018] figur 6 er en skjematisk fremstilling av en eksempelvis utførelsesform av et kompaktert pulverprodukt laget ved bruk av et pulver med ettlags pulverpartikler slik det angis tatt langs snittet 6‐6 i figur 5;

[0019] Figur 7 er en skjematisk fremstilling av en annen eksempelvis utførelsesform av et kompaktert pulverprodukt laget ved bruk av et pulver med flerlags pulverpartikler slik det angis tatt langs snittet 6‐6 i figur 5;

[0020] Figur 8 er en skjematisk fremstilling av en endring i en egenskap til et kompaktert pulverprodukt slik det beskrives her avhengig av tid og en endring i tilstanden til det kompakterte pulverproduktets omgivelser.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0021] En detaljert beskrivelse av én eller flere utførelsesformer av det beskrevne apparatet og fremstillingsmåten presenteres her ved hjelp av eksemplifisering og ikke begrensning med henvisning til figurene.

[0022] Med henvisning til FIG. 1, en utførelsesform for en utløsningskule, her også beskrevet i mer generelle termer som en propp slik det illustreres generelt i 10. Selv om proppen 10 er illustrert som en kule, overveies andre former slik som konisk, elliptisk, mv. Proppen 10 er konfigurert til å innkoble et sete 14 på en innsettende måte. Setet 14 illustrert her omfatter en konisk overflate 18 innkoblet på en forseglende måte med et rør 22. Innsettende innkobling av proppen 10 med setet 14 gjør det mulig for hoveddelen 12 å forsegles til setet 14 og tillater følgelig at trykket oppbygges imot dette. Hoveddelen 12 har en ytre overflate 26 som er konfigurert til å oppløses ved eksponering for et miljø 30 som er antesipert i løpet av installasjon av proppen 10. Denne oppløsningen kan omfatte korrosjon, for eksempel, i anvendelsområder der den ytre overflaten 26 er en del av en elektrokjemisk celle. Oppløsningen av den ytre overflaten 26 gjør det mulig for hoveddelen 12, når den har satt seg fast, er fastkilet eller blitt satt fast mot setet 14, å løsnes og fjernes derifra. Denne løsningen kan skyldes, i alle fall delvis, en reduksjon i friksjonsinngrep mellom proppen 10 og setet 14 når hoveddelen 12 begynner å oppløses. Dessuten kan fjerningen skyldes dimensjonsendringer i proppen 10 når hoveddelen 12 oppløses innledningsvis fra den ytre overflaten 26.

[0023] Evnen til å fjerne proppen 10 fra setet 14 er særdeles nyttig i tilfeller hvor proppen 10 er blitt fastkilt inn i en åpning 34 i setet 14. En slik fastkilings alvorlighet kan være betydelig i tilfeller hvor hoveddelen 12 er blitt deformert grunnet kraft som trykker proppen 10 mot setet 14. En slik deformasjon kan forårsake at en del 38 av hoveddelen 12 strekker seg inn i åpningen 34, og følgelig øker friksjonsinngrep mellom delen 38 og en dimensjon 42 av åpningen 34.

[0024] I anvendelsesområder for bruk i boring‐ og ferdigstillingsindustrier, slik det omtales over, der proppen 10 er en utløsningskule, vil kulen bli eksponert for et nedihulls miljø 30. Nedihulls miljøet 30 kan omfatte høye temperaturer, høye trykk og borehullfluider, slik som etsende kjemikalier, syrer, baser og saltoppløsninger, for eksempel. Ved å lage hoveddelen 12 av et materiale 46 (dette er ikke vist i figurene) som forringes i styrke i miljøet 30, kan hoveddelen 12 lages for å oppløse effektivt som en reaksjon på eksponering for nedihulls miljøet 30. Starten på oppløsning eller desintegrasjon av hoveddelen 12 kan begynne ved den ytre overflaten 26 idet styrken til den ytre overflaten 26 reduseres først og kan forplante seg til hoveddelens 12 likevekt. Mulige valg for materialet 46 omfatter men er ikke begrenset til magnesium, polymer‐bindemidler slik som strukturelt metakrylatbindemiddel, oppløselig materiale med høy styrke (detaljert omtalt senere i denne beskrivelsen), mv.

[0025] Hoveddelen 12 og den ytre overflaten 26 til proppen 10 i utførelsesformen i FIG. 1 er begge laget av materialet 46. I den hensikt kan oppløsningen av materialet 46 etterlate både hoveddelen 12 og den ytre overflaten 26 i små stykker som ikke er skadelig for videre drift av brønnen, følgelig negeres behovet enten for å pumpe hoveddelen 12 ut av røret 22 eller kjøre et verktøy inn i borehullet for å bore eller male hoveddelen 12 i stykker som er små nok til å fjerne hindring derifra.

[0026] Med henvisning til FIG. 2, en alternativ utførelsesform for en propp beskrevet her illustreres i 110. I motsetning til propp 10 har propp 110 en hoveddel 112 som er laget av minst to forskjellige materialer. Hoveddelen 112 omfatter en kjerne 116 laget av et første materiale 117 og en mantel 120 laget av et andre materiale 121. Ettersom, i denne utførelsesformen, en ytre overflate 126 (denne er ikke vist i figurene) som faktisk berører setet 14 er kun på mantelen 120, kun det andre materialet 121 behøver å være oppløselig i målmiljøet 30. I motsetning til dette kan det første materialet 117 være eller ikke være oppløselig i miljøet 30.

[0027] Hvis det første materialet 117 ikke er oppløselig kan det være ønskelig å lage en største dimensjon 124 av kjernen 116 mindre enn dimensjonen 42 til setet 14 for å muliggjøre at kjernen 116 passerer derigjennom etter oppløsning av mantelen 120. Ved å gjøre dette kan kjernen 116 kjøres, eller las falle ned, ut av en nedre ende av røret 22 i stedet for å bli pumpet opp for å fjerne det derifra.

[0028] Slik det nevnes over, er ytterligere materialer som kan brukes med kulen slik det beskrives her lette metallmaterialer med høy styrke som kan brukes i en bred rekke anvendelser og anvendelsesomgivelser, inkludert bruk i forskjellige borehullomgivelser for å lage forskjellige valgbare og styrbare engangs eller nedbrytbare lette, nedihulls verktøyer eller andre nedihulls komponenter med høy styrke, samt mange andre anvendelser til bruk både i varige og engangs eller nedbrytbare gjenstander. Disse lette, høystyrke og valgbare og styrbare nedbrytbare materialene omfatter fullstendig faste sintermetallprodukter dannet fra belagte pulvermaterialer som omfatter forskjellige lette partikkelkjerner og kjernematerialer som har forskjellige ettlags og flerlags nanoskalabelegg. Disse kompakterte pulverproduktene er laget av belagte metallpulvere som omfatter forskjellig elektrokjemisk aktive (f.eks. med relativt høyere standard oksideringspotensialer), lettvekts, høystyrke partikkelkjerner og kjernematerialer, slik som elektrokjemisk aktive metaller, som er spredt inne i en cellulær nanomatrise dannet fra de forskjellige nanoskala metalloverflatelagene med metallbeleggmaterialer, og er særdeles nyttige i borehullanvendelser. Disse kompakterte pulverproduktene gir en enestående og fordelaktig kombinasjon av mekaniske styrke‐egenskaper, slik som kompresjon og skjærfasthet, lav tetthet og valgbare og styrbare korrosjonsegenskaper, særdeles rask og styrt oppløsning i forskjellige borehullfluider. For eksempel kan partikkelkjernen og overflatelag til disse pulverne velges for å gi sintrede pulverprodukter som egner seg til å brukes som høystyrke konstruerte materialer med en trykkstyrke og en skjærfasthet som kan sammenlignes med forskjellige andre konstruerte materialer, inkludert karbon, rustfritt stål og stållegeringer, men som også har lav tetthet sammenlignet med forskjellige polymerer, elastomerer, keramikk med lav tetthet og komposittmaterialer. I enda et eksempel kan disse pulverne og kompakterte pulvermaterialene konfigureres for å gi en valgbar og styrbar nedbrytning eller fjerning som en reaksjon på en endring i en miljøtilstand, slik som en overgang fra en svært lav oppløsningshastighet til en svært rask oppløsningshastighet som en reaksjon på en endring av egenskapen eller tilstanden til et borehull nær en gjenstand dannet fra det sintrede produktet, inkludert en egenskapsendring i et borehullsfluid som er i berøring med det kompakterte pulverproduktet. De beskrevne valgbare og styrbare nedbrytnings‐ eller fjerningsegenskapene tillater også gjenstandenes dimensjonsstabilitet og styrke, slik som borehullverktøyer eller andre komponenter, laget av disse materialene for å opprettholdes til de ikke behøves lenger, da en forhåndsbestemt miljøtilstand, slik som en borehulltilstand, inkludert borehullfluidtemperatur, trykk eller pH‐verdi, kan endres for å fremme deres fjerning ved rask oppløsning. Disse belagte pulvermaterialene og kompakterte pulverproduktene og konstruerte materialer dannet fra dem, samt fremgangsmåter for å lage dem, beskrives ytterligere under.

[0029] Med henvisning til figur 3, omfatter et metallpulver 210 en mengde metalliske, belagte pulverpartikler 212. Pulverpartikler 212 kan dannes for å gi et pulver 210, inkludert fritt utstrømmende pulver, som kan helles eller ellers anbringes på alle vis i forskalinger eller former (ikke vist) med alle typer former og størrelser som kan brukes til å forme kompakterte pulverprodukter 400 (figur 6 og 7), slik det beskrives her, som kan brukes som, eller til bruk i tilvirkning, forskjellige tilvirkningsgjenstander, inkludert forskjellige borehullverktøyer og komponenter.

[0030] Hver av de metalliske, belagte pulverpartiklene 212 av pulver 210 omfatter en partikkelkjerne 214 og et metallisk overflatelag 216 anbrakt på partikkelkjernen 214. Partikkelkjernen 214 omfatter et kjernemateriale 218. Kjernematerialet 218 kan omfatte ethvert egnet materiale for å danne partikkelkjernen 214 som gir pulverpartikkel 212 som kan sintres til å danne et lettvekts, høystyrke kompaktert pulverproduktprodukt 400 med valgbare og styrbare oppløsningsegenskaper. Egnede kjernematerialer omfatter elektrokjemisk aktive metaller med et standard oksidasjonspotensiale som er større enn eller lik det for Zn, inkludert som Mg, Al, Mn eller Zn eller en kombinasjon av disse. Disse elektrokjemisk aktive metallene er svært reaktive med en mengde vanlige borehullfluider, inkludert ethvert antall ioniske fluider eller svært polare fluider, slik som de som inneholder forskjellige klorider. Eksempler omfatter kaliumklorid (KCl), saltsyre (HCl), kalsiumklorid (CaCl2), kalsiumbromid (CaBr2) eller sinkbromid (ZnBr2). Kjernematerialer 218 kan også omfatte andre metaller som er mindre elektrokjemisk aktive enn Zn eller ikke‐metalliske materialer, eller en kombinasjon av disse. Egnede ikke‐metalliske materialer omfatter keramikk, kompositter, glass eller karbon, eller en kombinasjon av disse. Kjernemateriale 218 kan velges for å gi en høy oppløsningshastighet i et forhåndsbestemt borehullfluid, men kan også velges for å gi relativt lav oppløsningshastighet, inkludert null oppløsning, hvor oppløsning av nanomatrisematerialet forårsaker at partikkelkjernen 214 blir raskt underminert og frigitt fra det sintrede partikkelproduktet ved grenseflaten med borehullfluidet, slik at den effektive oppløsningshastigheten av kompakterte partikkelprodukter laget ved bruk av partikkelkjerner 214 av disse kjernematerialene 218 er høy, selv om selve kjernematerialet 218 kan ha en lav oppløsningshastighet, inkludert kjernematerialer 220 som kan være vesentlig uoppløselige i borehullfluidet.

[0031] Når det gjelder de elektrokjemisk aktive metallene som kjernemetaller 218, inkludert Mg, Al, Mn eller Zn, kan disse metallene brukes som rene metaller eller i enhver kombinasjon med hverandre, inkludert forskjellige legeringskombinasjoner av disse materialene, inkludert binære, tertiære eller kvartære legeringer av disse materialene. Disse kombinasjonene kan også omfatte kompositter av disse materialene. Videre, i tillegg til kombinasjoner med hverandre, kan Mg, Al, Mn eller Zn kjernematerialene 18 også omfatte andre konstituenter, inkludert forskjellige legeringstilsetninger, for å endre én eller flere egenskaper ved partikkelkjernene 214, for eksempel ved å forbedre styrken, redusere tettheten eller endre oppløsningsegenskapene til kjernematerialet 218.

[0032] Blant de elektrokjemisk aktive metallene, er Mg, enten som et rent metall eller i en legering eller et komposittmateriale, særdeles nyttig på grunn av dets lave tetthet og evne til å danne legeringer med høy styrke, og dets høye grad av elektrokjemisk aktivitet, ettersom det har et standard oksideringspotensial som er høyere enn Al, Mn eller Zn. Mg‐legeringer inkluderer alle legeringer som har Mg som en legeringskonstituent. Mg‐legeringer som kombinerer andre elektrokjemisk aktive metaller, som beskrevet her, ettersom legeringskonstituenter er særdeles nyttige, inkludert binære Mg‐Zn, Mg‐Al og Mg‐Mn‐legeringer, og tertiære Mg‐Zn‐Y og Mg‐Al‐X-legeringer, hvor X omfatter Zn, Mn, Si, Ca eller Y, eller en kombinasjon av disse. Disse Mg‐Al‐X-legeringene kan omfatte, i vekt, opptil cirka 85 % Mg, opptil cirka 15 % Al og opptil cirka 5 % X. Partikkelkjerne 214 og kjernemateriale 218, og især elektrokjemisk aktive metaller inkludert Mg, Al, Mn eller Zn, eller kombinasjoner av disse, kan også omfatte et sjeldent jordartselement eller kombinasjon av sjeldne jordartselementer. Slik det brukes her, omfatter sjeldne jordartelementer Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd eller Er, eller en kombinasjon av sjeldne jordartselementer. Der de finnes, kan et sjeldent jordartselement eller kombinasjoner av sjeldne jordartselementer være tilstede, i vekt, i en mengde på cirka 5 % eller mindre.

[0033] Partikkelkjerne 214 og kjernemateriale 218 har en smeltetemperatur (TP). Slik den brukes her, omfatter Tp den laveste temperaturen ved hvilken begynnende smelting eller seigringssmelting eller andre former for delvis smelting skjer inne i kjernemateriale 218, uten hensyn til om kjernematerialet 218 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt av materialer med forskjellige smeltetemperaturer.

[0034] Partikkelkjerner 214 kan ha hvilken som helst egnet partikkelstørrelse eller partikkelstørrelsesområde eller fordeling av partikkelstørrelser. For eksempel kan partikkelkjernene 214 velges for å gi en gjennomsnittlig partikkelstørrelse som representeres av en normal eller Gaussian‐type unimodal fordeling rundt et gjennomsnitt eller middeltall, slik det illustreres generelt i figur 3. I et annet eksempel, kan partikkelkjerner 214 velges eller blandes for å gi en multimodal fordeling av partikkelstørrelser, inkludert en mengde av gjennomsnittlige partikkelkjernestørrelser, slik som for eksempel en homogen bimodal fordeling av gjennomsnittlige partikkelstørrelser. Valget av fordelingen av partikkelkjernestørrelse kan brukes for å fastsette, for eksempel, partikkelstørrelse og interpartikulær avstand 215 til partiklene 212 til pulver 210. I en eksempelvis utførelsesform, kan partikkelkjernene 214 ha en unimodal fordeling og en gjennomsnittlig partikkeldiameter på omtrent 5 μm til omtrent 300 μm, mer især omtrent 80 μm til omtrent 120 μm, og enda mer især omtrent 100 μm.

[0035] Partikkelkjerner 214 kan ha enhver egnet partikkelform, inkludert enhver regulær eller irregulær geometrisk form, eller kombinasjoner av disse. I en eksempelvis utførelsesform er partikkelkjerner 214 vesentlig sfæroidale, elektrokjemisk aktive metallpartikler. I en annen utførelsesform, er partikkelkjerner 214 vesentlig irregulært formet keramiske partikler. I enda en eksempelvis utførelsesform, er partikkelkjerner 214 karbon eller andre nanorørstrukturer eller hule glassmikrokuler.

[0036] Hver av de metalliske, belagte pulverpartiklene 212 til pulver 210 omfatter også et metallisk overflatelag 216 som er anbrakt på partikkelkjernen 214. Metalloverflatelag 216 omfatter et metallisk beleggmateriale 220. Metallisk beleggmateriale 220 gir pulverpartiklene 212 og pulver 210 dets metalliske art. Metallisk overflatelag 216 er et nanoskala overflatelag. I en eksempelvis utførelsesform, kan metallisk overflatelag 216 ha en tykkelse på omtrent 25 nm til omtrent 2500 nm. Tykkelsen på metallisk overflatelag 216 kan variere over overflaten til partikkelkjernen 214, men har fortrinnsvis en vesentlig uniform tykkelse over overflaten til partikkelkjernen 214. Metallisk overflatelag 216 kan omfatte et enkelt lag, slik det vises i figur 4, eller en mengde lag slik som en flerlags beleggstruktur. I et ettlags belegg, eller i hvert av lagene i et flerlags belegg, kan det metalliske overflatelaget 216 omfatte et enkeltkonstituent kjemisk element eller sammensetning, eller kan omfatte en mengde kjemiske elementer eller sammensetninger. Der hvor et lag omfatter en mengde kjemiske konstituenter eller sammensetninger, kan de ha alle typer homogene eller heterogene fordelinger, inkludert en homogen eller heterogen fordeling av metallurgiske faser. Dette kan omfatte en sortert fordeling hvor de relative mengdene av de kjemiske konstituentene eller sammensetningene varierer ifølge henholdsvise konstituentprofiler på tvers av lagets tykkelse. I både ettlags og flerlags belegg 216, kan hvert av de henholdsvise lagene, eller kombinasjoner av disse, brukes for å gi en forhåndsbestemt egenskap til pulverpartikkelen 212 eller et sintret pulverprodukt dannet derifra. For eksempel kan den forhåndsbestemte egenskapen omfatte bindingsstyrken til den metallurgiske bindingen mellom partikkelkjernen 214 og beleggmaterialet 220; blandingsegenskapene mellom partikkelkjernen 214 og metalloverflatelaget 216, inkludert enhver blanding mellom lagene til et flerlags overflatelag 216; blandingsegenskapene mellom de forskjellige lagene til et flerlags overflatelag 216; blandingsegenskapene mellom metalloverflatelaget 216 til én pulverpartikkel og den for en tilstøtende pulverpartikkel 212; bindingsstyrken til den metallurgiske bindingen mellom metalloverflatelagene til de tilstøtende sintrede pulverpartiklene 212, inkludert de ytterste lagene til flerlags overflatelag; og den elektrokjemiske aktiviteten til overflatelaget 216.

[0037] Metalloverflatelag 216 og beleggmateriale 220 har en smeltetemperatur (TC). Slik den brukes her, omfatter TC den laveste temperaturen ved hvilken begynnende smelting eller seigringssmelting eller andre former for delvis smelting skjer inne i kjernemateriale 220, uten hensyn til om beleggmaterialet 220 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som hver har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt, inkludert et kompositt som omfatter en mengde overflatemateriallag med forskjellige smeltetemperaturer.

[0038] Metallisk beleggmateriale 220 kan omfatte ethvert egnet metallbeleggmateriale 220 som gir en sinterbar ytre overflate 221 som er konfigurert til å sintres til en tilstøtende pulverpartikkel 212 som også har et metalloverflatelag 216 og sinterbare ytre overflater 221. I pulvere 210 som også omfatter andre eller ekstra (belagte eller ubelagte) partikler 232, slik det beskrives her, er den sinterbare ytre overflaten 221 av metalloverflatelag 216 også konfigurert til å sintres til en sinterbar ytre overflate 221 av andre partikler 232. I en eksempelvis utførelsesform, er pulverpartiklene 212 sinterbare ved en forhåndsbestemt sintringstemperatur (TS) som er avhengig av kjernematerialet 218 og beleggmaterialet 220, slik at sintring av det kompakterte pulverproduktet 400 gjennomføres fullstendig i fast tilstand og der TS er mindre enn TP og TC. Sintring i fast tilstand begrenser partikkelkjernens 214/metalloverflatelagets 216 interaksjoner med faststoff fordelingsprosesser og metallurgiske transportfenomener og begrenser vekst av og gir kontroll over de resulterende grenseflater mellom dem. I motsetning til dette, for eksempel, vil innføring av flytende‐fase sintring gi rask blanding av partikkelkjerne‐ 214/metalloverflatelag‐ 216 materialer og gjøre det vanskelig å begrense veksten av og gi kontroll over de resulterende grenseflatene mellom dem, og følgelig interferere med formasjonen av de ønskede mikrostrukturene til kompaktert partikkelmasse 400, slik det beskrives her.

[0039] I en eksempelvis utførelsesform, vil kjernematerialet 218 bli valgt for å gi en kjernekjemisk sammensetning og beleggmaterialet 220 vil bli valgt for å gi en overflatekjemisk sammensetning og disse kjemiske sammensetningene vil også bli valgt for å avvike fra hverandre. I en annen eksempelvis utførelsesform, vil kjernematerialet 218 bli valgt for å gi en kjernekjemisk sammensetning og beleggmaterialet 220 vil bli valgt for å gi en overflatekjemisk sammensetning og disse kjemiske sammensetningene vil også bli valgt for å avvike fra hverandre ved deres grenseflate. Forskjeller i de kjemiske sammensetningene av beleggmateriale 220 og kjernemateriale 218 kan velges for å gi forskjellige oppløsningshastigheter og valgbar og styrbar oppløsning av kompaktert pulverprodukt 400 som innlemmer dem ved å gjøre dem valgbart og styrbart oppløselig. Dette omfatter oppløsningshastigheter som avviker som en reaksjon på en endret tilstand i borehullet, inkludert en indirekte eller direkte endring i et borehullfluid. I en eksempelvis utførelsesform, er et kompaktert pulverprodukt 400 dannet fra pulver 210 som har kjemiske sammensetninger av kjernemateriale 218 og beleggmateriale 220 som gjør det kompakterte produktet 400 valgbart oppløselig i et borehullfluid som en reaksjon på en endret borehulltilstand som omfatter en temperaturendring, trykkendring, endring i strømningshastighet, pH‐endring eller endring i kjemisk sammensetning til borehullfluidet, eller en kombinasjon av disse. Den valgbare oppløsningsreaksjonen på den endrede tilstanden kan være et resultat av gjeldende kjemiske reaksjoner eller prosesser som fremmer forskjellige oppløsningshastigheter, men omfatter også endringer i oppløsningsreaksjonen som er tilknyttet fysiske reaksjoner eller prosesser, slik som endringer i borehullfluidtrykket eller strømningshastighet.

[0040] Som vist i figurene 3 og 5, kan partikkelkjerne 214 og kjernemateriale 218 og metalloverflatelag 216 og beleggmateriale 220 velges for å gi pulverpartikler 212 og et pulver 210 som er konfigurert for kompaktering og sintring for å gi et kompaktert pulverprodukt 400 som er lettvekt (dvs., at den har relativt lav tetthet), høy styrke og fjernes på en valgbar og styrbar måte fra et borehull som en reaksjon på en endring i en borehullegenskap, inkludert å være valgbart og styrbart oppløselig i et egnet borehullfluid, inkludert forskjellige borehullfluider slik det beskrives her. Kompaktert pulverprodukt 400 omfatter en vesentlig kontinuerlig, cellulær nanomatrise 416 av et nanomatrisemateriale 420 som har en mengde spredte partikler 414 spredd gjennom den cellulære nanomatrisen 416. Den vesentlig kontinuerlige cellulære nanomatrisen 416 og nanomatrisematerialet 420 dannet av sintrede metalloverflatelag 216 dannes av kompakteringen og sintringen av mengden metalloverflatelag 216 til mengden av pulverpartikler 212. Den kjemiske sammensetningen av nanomatrisemateriale 420 kan være forskjellig fra den for beleggmateriale 220 grunnet fordelingsvirkninger tilknyttet sintringen slik det beskrives her. Kompaktert pulvermetallprodukt 400 omfatter også en mengde spredde partikler 414 som omfatter partikkelkjernemateriale 418. Spredte partikkelkjerner 414 og kjernematerialer 418 samsvarer med og er dannet fra mengden av partikkelkjerner 214 og kjernemateriale 218 av mengden av pulverpartikler 212 siden metalloverflatelagene 216 er sintret sammen for å danne en nanomatrise 416. Den kjemiske sammensetningen av kjernemateriale 418 kan være forskjellig fra den for kjernemateriale 218 grunnet fordelingsvirkninger tilknyttet sintringen slik det beskrives her.

[0041] Slik den brukes her, innebærer ikke bruken av benevnelsen vesentlig kontinuerlig cellulær nanomatrise 416 storpartskonstituenten av det kompakterte pulverproduktet, men henviser snarere til den mindretalls konstituenten eller konstituenter, enten i vekt eller i volum. Dette utmerker seg fra de fleste matrisekomposittmaterialer hvor matrisen omfatter storpartskonstituenten i vekt eller volum. Bruken av benevnelsen vesentlig kontinuerlig, cellulær nanomatrise er ment å beskrive den utfyllende, regulære, kontinuerlige og sammenkoblede arten av fordelingen av nanomatrisemateriale 420 inne i kompaktert pulverprodukt 400. Slik det er brukt her, beskriver "vesentlig kontinuerlig" utvidelsen av nanomatrisematerialet gjennom kompaktert pulverprodukt 400 slik at det strekker seg mellom og omgir vesentlig alle de spredte partiklene 414. Vesentlig kontinuerlig brukes for å angi at fullstendig kontinuitet og regulær rekkefølge av nanomatrisen rundt hver spredte partikkel 414 ikke er påkrevd. For eksempel, kan feil i overflatelaget 216 over partikkelkjernen 214 på noen pulverpartikler 212 forårsake brodannelse av partikkelkjernene 214 i løpet av sintring av det kompakterte pulverproduktet 400, og følgelig forårsake at lokaliserte diskontinuiteter ender inne i den cellulære nanomatrisen 416, selv om i de andre delene av det kompakterte pulverproduktet, er nanomatrisen vesentlig kontinuerlig og viser strukturen beskrevet her. Slik det er brukt her, brukes "cellulær" til å angi at nanomatrisen definerer et nettverk av vanligvis gjentakende, sammenkoblede rom eller celler eller celler med nanomatrisemateriale 420 som omgir og også sammenkobler de spredte partiklene 414. Slik det er brukt her, brukes "nanomatrise" til å beskrive matrisens størrelse eller skala, spesielt tykkelsen på matrisen mellom tilstøtende, spredte partikler 414. Metalloverflatelagene som er sintret sammen for å danne nanomatrisen er selv overflatelag med nanoskala tykkelse. Siden nanomatrisen ved de fleste plasseringer, andre enn skjæringspunktet mellom mer enn to spredte partikler 414, vanligvis omfatter blanding og binding av to overflatelag 216 fra tilstøtende pulverpartikler 212 med nanoskala tykkelser, har den dannede matrisen også en nanoskala tykkelse (f.eks., tilnærmelsesvis to ganger tykkelsen på overflatelaget slik det beskrives her) og er følgelig dermed beskrevet som en nanomatrise. Videre angir ikke bruken av benevnelsen spredte partikler 414 mindretallskonstituenten av det kompakterte pulverproduktet 400, men henviser snarere til storpartskonstituenten eller konstituentene, enten i vekt eller i volum. Bruken av benevnelsen spredt partikkel er ment å uttrykke diskontinuerlig og diskret fordeling av partikkelkjernemateriale 418 inne i et kompaktert pulverprodukt 400.

[0042] Kompaktert pulverprodukt 400 kan ha hvilken som helst ønsket form eller størrelse, inkludert den for en sylindrisk kloss eller stang som kan maskinbearbeides eller brukes ellers til å danne nyttige fabrikkerte gjenstander, inkludert forskjellige borehullverktøyer og komponenter. Sintrings‐ og presseprosessene som brukes til å danne kompaktert pulverprodukt 400 og deformere pulverpartiklene 212, inkludert partikkelkjerner 214 og overflatelag 216, for å gi fullstendig tetthet og ønsket makroskopisk form og størrelse på kompaktert pulverprodukt 400 og dets mikrostruktur. Mikrostrukturen til det kompakterte pulverproduktet 400 omfatter en ekviakset konfigurasjon av spredte partikler 414 som er spredt gjennom og innkapslet inne i den vesentlig kontinuerlig, cellulære nanomatrisen 416 til de sintrede overflatelagene. Denne mikrostrukturen er i noen grad analog med en ekviakset kornmikrostruktur med en kontinuerlig kornbindingsfase, unntatt at den ikke påkrever bruk av legeringskonstituenter som har termodynamiske faseekvilibriumsegenskaper som er i stand til å produsere en slik struktur. Snarere kan denne ekviaksede spredte partikkelstrukturen og cellulære nanomatrisen 416 av sintrede metalloverflatelag 216 produseres ved bruk av konstituenter der termodynamiske faseekvilibriumsbetingelser ikke vil produsere en ekviakset struktur. Den ekviaksede morfologien til de spredte partiklene 414 og cellulære nettverk 416 av partikkellag resulterer fra sintring og deformering av pulverpartiklene 212 siden de er kompaktert og blander og deformerer for å fylle de interpartikulære mellomrommene 215 (figur 3). Sintringstemperaturene og ‐trykkene kan velges for å sikre at tettheten til kompaktert pulverprodukt 400 når vesentlig fullstendig teoretisk tetthet.

[0043] I en eksempelvis utførelsesform slik det illustreres i figurene 3 og 5, dannes spredte partikler 414 fra partikkelkjerner 214 spredt i den cellulære nanomatrisen 416 til sintrede metalloverflatelag 216, og nanomatrisen 416 omfatter en faststoff metallurgisk binding 417 eller bindingslag 419, slik det er skjematisk fremstilt i figur 6, som strekker seg mellom de spredte partiklene 414 gjennom den cellulære nanomatrisen 416 som dannes ved sintringstemperatur (TS), hvor TS er mindre enn TC og TP. Slik det er angitt, dannes en faststoff metallurgisk binding 417 i faststoffet ved faststoffblanding mellom overflatelagene 216 til tilstøtende pulverpartikler 212 som er komprimert ved berøringskontakt under kompakterings‐ og sintringsprosessene brukt til å danne kompaktert pulverprodukt 400, slik det beskrives her. I den hensikt, omfatter sintrede overflatelag 216 på cellulær nanomatrise 416 et faststoff bindingslag 419 som har en tykkelse (t) bestemt av graden av blandingen med beleggmaterialene 220 til overflatelagene 216, som igjen vil bli bestemt av overflatelagenes 216 art, inkludert om de er ettlags eller flerlags overflatelag, om de er blitt valgt til å fremme eller begrense en slik blanding, og andre faktorer, slik det beskrives her, og sintrings‐ og kompakteringstilstandene, inkludert sintringstiden, ‐temperaturen og trykket som brukes til å danne kompaktert pulverprodukt 400.

[0044] Når nanomatrise 416 dannes, inkludert binding 417 og bindingslag 419, kan den kjemiske sammensetningen eller fasefordelingen, eller begge, til mettalloverflatelag 216 endres. Nanomatrise 416 har også en smeltetemperatur (TM). Slik den brukes her, omfatter TM den laveste temperaturen ved hvilken begynnende smelting eller seigringssmelting eller andre former for delvis smelting skjer inne i nanomatrisen 416, uten hensyn til om nanomatrisematerialet 420 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som hver har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt, inkludert et kompositt som omfatter en mengde lag med forskjellige beleggmaterialer med forskjellige smeltetemperaturer, eller en kombinasjon av disse, eller annet. Når spredte partikler 414 og partikkelkjernematerialer 418 dannes i kombinasjon med nanomatrise 416, er fordeling av konstituenter av metalloverflatelag 216 inni partikkelkjernene 214 også mulig, noe som kan føre til endringer i den kjemiske sammensetningen eller fasefordelingen, eller begge, til partikkelkjerner 214. Som et resultat, kan spredte partikler 414 og partikkelkjernematerialer 418 ha en smeltetemperatur (TDP)som er forskjellig fra TP. Slik den brukes her, omfatter TDP den laveste temperaturen ved hvilken begynnende smelting eller seigringssmelting eller andre former for delvis smelting skjer inne i de spredte partiklene 214, uten hensyn til om partikkelkjernematerialet 218 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt, eller annet. Kompaktert partikkelprodukt 400 dannes ved en sintringstemperatur (TS), hvor TS er mindre enn TC,TP, TM og TDP.

[0045] Spredte partikler 414 kan omfatte hvilket som helst av de materialene som er beskrevet her for partikkelkjerner 214, selv om den kjemiske sammensetningen til spredte partikler 414 kan være forskjellig grunnet fordelingseffekter slik det beskrives her. I en eksempelvis utførelsesform, dannes spredte partikler 414 fra partikkelkjerner 214 som omfatter materialer med et standard oksideringspotensiale som er større enn eller lik Zn, inkludert Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av disse, kan omfatte forskjellige binære, tertiære og kvartære legeringer eller andre kombinasjoner av disse konstituentene slik det beskrives her i kombinasjon med partikkelkjerner 214. Blant disse materialene, er de med spredte partikler 414 som omfatter Mg og nanomatrisen 416 dannet fra metalloverflatelagene 216 beskrevet her spesielt nyttige. Spredte partikler 414 og partikkelkjernematerialene 418 til Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av disse, kan også omfatte et sjeldent jordartselement, eller en kombinasjon av sjeldne jordartselementer slik det beskrives her i kombinasjon med partikkelkjerner 214.

[0046] I en annen eksempelvis utførelsesform, dannes spredte partikler 414 fra partikkelkjerner 214 som omfatter metaller som er mindre elektrokjemisk aktive enn Zn eller ikke‐metalliske materialer. Egnede ikke‐metalliske materialer omfatter keramikk, glass (f.eks. hule glassmikrokuler) eller karbon, eller en kombinasjon av disse, slik det beskrives her.

[0047] Spredte partikler 414 av kompaktert pulverprodukt 400 kan ha enhver egnet partikkelstørrelse, inkludert de gjennomsnittlige partikkelstørrelsene som beskrives her for partikkelkjerner 214.

[0048] Spredte partikler 414 kan ha enhver egnet form avhengig av den formen som er valgt for partikkelkjerner 214 og pulverpartikler 212, og den fremgangsmåten som er brukt til å sintre og kompaktere pulver 210. I en eksempelvis utførelsesform, kan pulverpartikler 212 være kuleformede eller vesentlig kuleformede og spredte partikler 414 kan omfatte en ekviakset partikkelkonfigurasjon slik det beskrives her.

[0049] Spredningsarten til de spredte partiklene 414 kan være påvirket av valg av pulveret 210 eller pulverne 210 brukt til å lage kompaktert partikkelprodukt 400. I en eksempelvis utførelsesform, kan et pulver 210 med unimodal fordeling av pulverpartikkel‐ 212 størrelser velges for å danne kompaktert pulverprodukt 2200 og vil produsere en vesentlig homogen unimodal fordeling av partikkelstørrelser av spredte partikler 414 inne i den cellulære nanomatrisen 416, slik det illustreres generelt i figur 5. I en annen eksempelvis utførelsesform, kan en mengde pulvere 210 med en mengde pulverpartikler med partikkelkjerner 214 som har de samme kjernematerialene 218 og forskjellige kjernestørrelser og samme beleggmateriale 220 velges og blandes ensartet slik det beskrives her for å gi et pulver 210 med en homogen, multimodal fordeling av pulverpartikkel‐ 212 størrelser, og kan brukes til å danne kompaktert pulverprodukt 400 med en homogen, multimodal fordeling av partikkelstørrelser til spredte partikler 414 inne i cellulær nanomatrise 416. Likeledes, i enda en annen eksempelvis utførelsesform, kan en mengde pulvere 210 med en mengde partikkelkjerner 214 som kan ha de samme kjernematerialene 218 og forskjellige kjernestørrelser og samme beleggmateriale 220 velges og fordeles på en uensartet måte for å gi en ikke‐homogen, multimodal fordeling av pulverpartikkel‐størrelser, og kan brukes til å danne kompaktert pulverprodukt 400 med en ikke‐homogen, multimodal fordeling av partikkelstørrelser til spredte partikler 414 inne i cellulær nanomatrise 416. Valget av fordelingen av partikkelkjernestørrelse kan brukes for å fastsette, for eksempel, partikkelstørrelse og interpartikulær avstand til de fordelte partiklene 414 inne i den cellulære nanomatrisen 416 til kompakterte pulverprodukter 400 laget av pulver 210.

[0050] Nanomatrise 416 er et vesentlig kontinuerlig, cellulært nettverk av metalloverflatelag 216 som er sintret til hverandre. Nanomatrisens 416 tykkelse avhenger av arten til pulveret 210 eller pulverne 210 som brukes til å danne kompaktert pulverprodukt 400, og innlemmingen av annet pulver 230, særlig tykkelsen på overflatelagene som er tilknyttet disse partiklene. I en eksempelvis utførelsesform, er nanomatrisens 416 tykkelse vesentlig uniform gjennom hele mikrostrukturen til det kompakterte pulverproduktet 400 og omfatter omtrent to ganger tykkelsen på overflatelagene 216 til pulverpartiklene 212. I en annen eksemplarisk utførelsesform, har det cellulære nettverket 416 en vesentlig uniform gjennomsnittlig tykkelse mellom spredte partikler 414 på omtrent 50 nm til omtrent 5000 nm.

[0051] Nanomatrise 416 dannes ved å sintre metalloverflatelag 216 til tilstøtende partikler til hverandre ved blanding og dannelse av bindingslag 419 slik det beskrives her. Metalloverflatelag 216 kan være ettlags‐ eller flerlagsstrukturer, og de kan velges for å fremme eller forhindre fordeling, eller begge, inne i laget eller mellom lagene med mettalloverflatelag 216, eller mellom metalloverflatelaget 216 og partikkelkjernen 214, eller mellom metalloverflatelaget 216 og metalloverflatelaget 216 til en tilstøtende pulverpartikkel, graden blanding av metalloverflatelag 216 i løpet av sintring kan være begrenset eller ekstensiv avhengig av beleggtykkelsene, beleggmateriale eller ‐materialer som er valgt, sintringsforholdene og andre faktorer. Tatt i betraktning av den potensielle kompleksiteten ved blandingen og interaksjonen av konstituentene, kan beskrivelse av den resulterende kjemiske sammensetningen av nanomatrise 416 og nanomatrisemateriale 420 enkelt forstås som en kombinasjon av konstituentene til overflatelagene 216 som også kan omfatte én eller flere konstituenter av spredte partikler 414, avhengig av graden av blanding, i det forekommende tilfelle, som skjer mellom de spredte partiklene 414 og nanomatrisen 416. Likeledes kan den kjemiske sammensetningen av spredte partikler 414 og partikkelkjernemateriale 418 enkelt forstås som en kombinasjon av konstituentene til partikkelkjerne 214 som også kan omfatte én eller flere konstituenter av nanomatrise 416 og nanomatrisemateriale 420, avhengig av graden av blanding, i det forekommende tilfelle, som skjer mellom de spredte partiklene 414 og nanomatrisen 416.

[0052] I en eksempelvis utførelsesform, har nanomatrisematerialet 420 en kjemisk sammensetning og partikkelkjernematerialet 418 har en kjemisk sammensetning som er forskjellig fra den for nanomatrisematerialet 420, og forskjellene i de kjemiske sammensetningene kan konfigureres til å gi en valgbar og styrbar oppløsningshastighet, inkludert en valgbar overgang fra en svært lav oppløsningshastighet til en svært rask oppløsningshastighet, som en reaksjon på en styrt endring i en egenskap eller tilstand til borehullet nær det kompakterte produktet 400, inkludert en egenskapsendring i et borehullfluid som er i kontakt med det kompakterte pulverproduktet 400, slik det beskrives her. Nanomatrise 416 kan dannes fra pulverpartikler 212 med ettlags og flerlags overflatelag 216. Denne designfleksibiliteten gir et stort antall materialekombinasjoner, spesielt i tilfelle flerlags overflatelag 216, som kan brukes til å skreddersy den cellulære nanomatrisen 416 og sammensetningen av nanomatrisemateriale 420 ved å styre interaksjonen av overflatelagkonstituentene, begge innen et gitt lag, og mellom et overflatelag 216 og partikkelkjernen 214 som det er tilknyttet eller et overflatelag 216 til en tilstøtende pulverpartikkel 212. Flere eksempelvise utførelsesformer som viser denne fleksibiliteten gis under.

[0053] Som vist i figur 6, i en eksempelvis utførelsesform, dannes kompaktert pulverprodukt 400 fra pulverpartikler 212 hvor overflatelaget 216 omfatter et enkeltlag, og den resulterende nanomatrisen 416 mellom de tilstøtende av mengden av spredte partikler 414 omfatter det ettlags metalloverflatelaget 216 til én av pulverpartiklene 212, et bindingslag 419 og det ettlags overflatelaget 216 til et annet av de tilstøtende pulverpartiklene 212. Tykkelsen (t) på bindingslaget 419 bestemmes av graden av blanding mellom det ettlags metalloverflatelaget 216, og kan omgi hele tykkelsen til nanomatrise 416 eller bare en del av denne. I en eksempelvis utførelsesform av kompaktert pulverprodukt 400 dannet ved bruk av et ettlags pulver 210, kan kompaktert pulverprodukt 400 omfatte spredte partikler 414 inkludert Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av disse, slik det beskrives her, og nanomatrise 416 kan omfatte Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re eller Ni, eller et oksid, karbid eller nitrid derav, eller en kombinasjon av noen av de ovennevnte materialene, inkludert kombinasjoner hvor nanomatrisematerialet 420 av cellulær nanomatrise 416, inkludert bindingslag 419, har en kjemisk sammensetning og kjernematerialet 418 til spredte partikler 414 har en kjemisk sammensetning som er forskjellig fra den kjemiske sammensetningen av nanomatrisematerialet 416. Forskjellen i den kjemiske sammensetningen til nanomatrisematerialet 420 og kjernematerialet 418 kan brukes for å gi valgbar og styrbar oppløsning som en reaksjon på en endring av en egenskap i borehullet, inkludert et borehullfluid, slik det beskrives her. I en ytterligere eksempelvis utførelsesform av et kompaktert pulverprodukt 400 dannet fra et pulver 210 som har en ettlags overflatelagskonfigurasjon, omfatter spredte partikler 414 Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av disse, og den cellulære nanomatrisen 416 omfatter Al eller Ni, eller en kombinasjon av disse.

[0054] Som vist i figur 7, i en annen eksempelvis utførelsesform, dannes kompaktert pulverprodukt 400 fra pulverpartikler 212 hvor overflatelaget 216 omfatter et flerlags overflatelag 216, med en mengde overflatelag og den resulterende nanomatrisen 416 mellom de tilstøtende av mengden av spredte partikler 414 omfatter mengden lag (t) som omfatter overflatelaget 216 på én partikkel 212, et bindingslag 419, og mengden av lag som omfatter overflatelaget 216 til en annen av pulverpartiklene 212. I figur 7, illustreres dette med et tolags metalloverflatelag 216, men det vil bli forstått at mengden av lag i flerlags metalloverflatelag 216 kan omfatte et ønsket antall lag. Tykkelsen (t) på bindingslaget 419 bestemmes igjen av graden av blanding mellom mengden lag til de henholdsvise overflatelagene 216, og kan omgi hele tykkelsen til nanomatrise 416 eller bare en del av denne. I denne utførelsesformen, kan mengden lag som omfatter hvert overflatelag 216 brukes til å styre blanding og dannelse av bindingslag 419 og tykkelse (t).

[0055] Sintrede og smidde kompakterte pulverprodukter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg og nanomatrise 416 som omfatter forskjellige nanomatrisematerialer slik det beskrives her, har vist en utmerket kombinasjon av mekanisk styrke og lav tetthet som eksemplifiserer de lette, høystyrkematerialene som beskrives her. Eksempler på kompakterte pulverprodukter 400 som har rene Mg spredte partikler 414 og forskjellige nanomatriser 416 dannet fra pulvere 210 har rene Mg partikkelkjerner 214 og forskjellige ettlags og flerlags metalloverflatelag 216 som omfatter Al, Ni, W eller Al2O3, eller en kombinasjon av disse. Disse kompakterte pulverproduktene 400 er blitt utsatt for forskjellig mekanisk og annen prøving, inkludert tetthetsprøving, og deres atferd ved oppløsning og nedbrytning av mekanisk egenskap er også blitt karakterisert slik det beskrives her. Resultatene angir at disse materialene kan konfigureres til å gi et bredt omfang valgbar og styrbar korrosjons‐ eller oppløsningsatferd fra veldig lave korrosjonshastigheter til ekstremt høye korrosjonshastigheter, spesielt korrosjonshastigheter som både er lavere og høyere en de for komprimerte pulverprodukter som ikke innlemmer den cellulære nanomatrisen, slik som et sintret produkt dannet av rent Mg‐pulver gjennom de samme kompakterings‐ og sintringsprosessene i sammenligning med de som omfatter rene Mg spredte partikler i de forskjellige cellulære nanomatrisene beskrevet her. Disse kompakterte pulverproduktene 200 kan også konfigureres til å gi vesentlig økte egenskaper i sammenligning med kompakterte pulverprodukter dannet fra rene Mg‐partikler som ikke omfatter nanoskalabeleggene beskrevet her. Kompakterte pulverprodukter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg og nanomatrise 416 som omfatter forskjellige nanomatrisematerialer 420 beskrevet her, har påvist trykkstyrker i romtemperatur på minst omtrent 37 ksi, og har videre påvist trykkstyrker i romtemperatur utover omtrent 50 ksi, begge tørre og nedsenket i en løsning med 3 % KCl ved 200 °F. I motsetning til dette, har kompakterte pulverprodukter dannet fra rene Mg‐pulvere en trykkstyrke på omtrent 20 ksi eller mindre. Styrken på nanomatrise kompaktert pulvermetallprodukt 400 kan videre forbedres ved å optimalisere pulver 210, spesielt vektprosentdelen til nanoskala metalloverflatelagene 16 som brukes til å danne cellulær nanomatrise 416. Styrken på nanomatrise kompaktert pulvermetallprodukt 400 kan videre forbedres ved å optimalisere pulver 210, spesielt vektprosentdelen til nanoskala metalloverflatelagene 216 som brukes til å danne cellulær nanomatrise 416. For eksempel, ved å variere vektprosentdelen (wt. %), dvs., tykkelse, av et aluminiumoksidbelegg inne i en cellulær nanomatrise 416 dannet fra belagte pulverpartikler 212 som omfatter et flerlags (Al/Al2O3/Al) metalloverflatelag 216 på rene Mg partikkelkjerner 214, gis en økning på 21 % sammenlignet med den for 0 wt % aluminiumsoksid.

[0056] Kompakterte pulverprodukter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg og nanomatrise 416 som omfatter forskjellige nanomatrisematerialer slik det beskrives her, har også vist en skjærfasthet i romtemperatur på minst omtrent 20 ksi. Dette er i motsetning til kompakterte pulverprodukter dannet fra rene Mg‐pulvere som har skjærfastheter i romtemperatur på omtrent 8 ksi.

[0057] Kompakterte pulverprodukter 400 av de typene som beskrives her, er i stand til å oppnå en faktisk tetthet som er vesentlig lik den forhåndsbestemte teoretiske tettheten til et kompaktmateriale på grunnlag av sammensetningen til pulver 210, inkludert relative mengder konstituenter av partikkelkjerner 214 og metalloverflatelag 216, og beskrives også her som fullstendig faste kompakterte pulverprodukter. Kompakterte pulverprodukter 400 som omfatter spredte partikler som inkluderer Mg og nanomatrise 416 som inkluderer forskjellige nanomatrisematerialer slik det beskrives her, har vist faktiske tettheter på omtrent 1,738 g/cm<3> til omtrent 2,50 g/cm<3>, som er vesentlig lik de forhåndsbestemte teoretiske tetthetene, med et avvik på maksimum 4 % fra de forhåndsbestemte teoretiske tetthetene.

[0058] Kompakterte pulverprodukter 400 slik det beskrives her kan konfigureres til å være valgbart og styrbart oppløselig i et borehullfluid som en reaksjon på en endret tilstand i et borehull. Eksempler på den endrede tilstanden som kan utnyttes for å gi valgbar og styrbar oppløselighet omfatter en endring i temperatur, endring i trykk, endring i strømningshastighet, endring i pH eller endring i den kjemiske sammensetningen av borehullfluidet, eller en kombinasjon av disse. Et eksempel på en endret tilstand som omfatter en temperaturendring inkluderer en endring i borehullfluidtemperatur. For eksempel har kompakterte pulverprodukter 400 som omfatter spredte partikler 414 som inkluderer Mg og cellulær nanomatrise 416 som inkluderer forskjellige nanomatrisematerialer slik det beskrives her, relativt lave korrosjonshastigheter i en 3 % KCl løsning i romtemperatur som strekker seg fra omtrent 0 til omtrent 11 mg/cm<2>/t i sammenligning med relativt høye korrosjonshastigheter ved 200 °F som strekker seg fra omtrent 1 til omtrent 246 mg/cm<2>/t avhengig av forskjellige nanoskala overflatelag 216. Et eksempel på endret tilstand som omfatter en endring i kjemisk sammensetning omfatter en endring i en kloridionkonsentrasjon eller pH‐verdi, eller begge, til borehullfluidet. For eksempel viser kompakterte pulverprodukter 400 som omfatter spredte partikler 414 som inkluderer Mg og nanomatrise 416 som inkluderer forskjellige nanoskala belegg beskrevet her korrosjonshastigheter på 15 % HCl som strekker seg fra omtrent 4750 mg/cm<2>/t til omtrent 7432 mg/cm<2>/t. Følgelig, kan valgbar og styrbar oppløselighet som en reaksjon på en endret tilstand i borehullet, det vil si endringen i borehullfluidets kjemiske sammensetning fra KCI til HCI, brukes til å oppnå en karakteristisk reaksjon slik det fremstilles grafisk i figur 8, som viser at ved en valgt forhåndsbestemt kritisk operasjonstid (CST) kan en endret tilstand pålegges det kompakterte pulverproduktet 400 når det anvendes i et gitt anvendelsesområde, slik som et borehullmiljø, som forårsaker en styrbar endring i en egenskap tilhørende kompaktert pulverprodukt 400 som en reaksjon på en endret tilstand i det miljøet hvor det anvendes. For eksempel, ved en forhåndsbestemt CST som endrer et borehullfluid som er i berøring med pulverkontakt 400 fra et første fluid (f.eks. KCI) som gir en første korrosjonshastighet og et vekttap eller en styrke avhengig av tid tilknyttet et andre borehullfluid (f.eks. HCI) som gir en andre korrosjonshastighet og tilknyttet vekttap og styrke avhengig av tid, der korrosjonshastigheten tilknyttet det første fluidet er mye lavere enn korrosjonshastigheten tilknyttet det andre fluidet. Denne karakteristiske reaksjonen på en endring i borehullfluidets tilstand kan brukes, for eksempel, til å forbinde den kritiske operasjonstiden med en størrelsestapsgrense eller en minstestyrke som påkreves for et spesielt anvendelsesområde, slik som når et borehullverktøy eller komponent dannet fra et kompaktert pulverprodukt 400 slik det beskrives her ikke lenger påkreves ved drift av borehullet (f.eks. i CST‐en), kan tilstanden i borehullet (f.eks. borehullfluidets kloridionkonsentrasjon) endres for å forårsake den raske oppløsningen av kompaktert pulverprodukt 400 og fjerning av dette fra borehullet. I eksempelet beskrevet over, er kompaktert pulverprodukt 400 valgbart oppløselig ved en hastighet som strekker seg fra omtrent 0 til omtrent 7000 mg/cm<2>/t. Dette reaksjonsområdet gir for eksempel evnen til å fjerne en kule med 3 tommers diameter dannet fra dette materialet fra et borehull ved å endre borehullfluidet på under en time. Den valgbare og styrbare oppløselighetsatferden beskrevet over, sammen med de utmerkede styrke‐ og lav tetthetsegenskaper beskrevet her, definerer et nytt konstruert spredt partikkel‐nanomatrisemateriale som er konfigurert til kontakt med et fluid og konfigurert til å gi en valgbar og styrbar overgang fra én av en første styrketilstand til en andre styrketilstand som er lavere enn en funksjonell styrketerskel, eller en første vekttapsmengde til en andre vekttapsmengde som er større enn en vekttapsgrense, avhengig av tid i berøring med fluidet. Det spredte partikkel‐nanomatrisekomposittet er karakteristisk for de kompakterte pulverproduktene 400 beskrevet her og omfatter en cellulær nanomatrise 416 av nanomatrisematerialet 420, en mengde spredte partikler 414 inkludert partikkelkjernemateriale 418 som er spredt inne i matrisen. Nanomatrise 416 karakteriseres av et faststoff bindingslag 419, som strekker seg gjennom nanomatrisen. Tiden i kontakt med fluidet beskrevet over kan omfatte CST‐en slik det beskrives over. CST‐en kan omfatte en forhåndsbestemt tid som er ønsket eller påkrevd for å oppløse en forhåndsbestemt del av det kompakterte pulverproduktet 400 som er i kontakt med fluidet. CST‐en kan også omfatte en tid som samsvarer med en endring i egenskapen til det konstruerte materialet eller fluidet, eller en kombinasjon av disse. I tilfelle en endring av en egenskap tilhørende det konstruerte materialet, kan endringen inkludere en endring av en temperatur tilhørende det konstruerte materialet. I det tilfellet hvor det er en endring i fluidets egenskap, kan endringen inkludere en endring i en fluidtemperatur, trykk, strømingshastighet, kjemisk sammensetning eller pH eller en kombinasjon av disse. Både det konstruerte materialet og endringen av egenskapen til det konstruerte materialet eller fluidet, eller en kombinasjon av disse, kan skreddersys til å gi ønsket CST reaksjonskarakteristikker, inkludert endringshastigheten til den spesielle egenskapen (f.eks., vekttap, tap av styrke) både før CST‐en (f.eks., Trinn 1) og etter CST‐en (f.eks., Trinn 2), slik det illustreres i figur 8.

[0059] Uten å være begrenset av teori, dannes kompakterte pulverprodukter 400 fra belagte pulverpartikler 212 som inkluderer en partikkelkjerne 214 og tilknyttet kjernemateriale 218 samt et metalloverflatelag 216 og et tilknyttet metalloverflatelag 220 for å danne en vesentlig kontinuerlig, tredimensjonal, cellulær nanomatrise 216 som inkluderer et nanomatrisemateriale 420 dannet ved sintring og den tilknyttede fordelingsbindingen av de henholdsvise overflatelagene 216 som inkluderer en mengde spredte partikler 414 av partikkelkjernematerialene 418. Denne unike strukturen kan inkludere metastabile kombinasjoner av materialer som ville være svært vanskelig eller umulig å danne ved solidifisering fra en smeltemasse med samme relative mengde konstituentmaterialer. Overflatelagene og tilknyttede beleggmaterialer kan velges for å gi valgbar og styrbar oppløsning i et forhåndsbestemt fluidmiljø, slik som et borehullmiljø, hvor det forhåndsbestemte fluidet kan være et allment brukt borehullfluid som enten injiseres inn i borehullet eller ekstraheres fra borehullet. Slik det ytterligere vil bli forstått fra beskrivelsen her, eksponerer den styrte oppløsningen av nanomatrisen kjernematerialenes spredte partikler. Partikkelkjernematerialene kan også velges for også å gi valgbar og styrbar oppløsning i borehullfluidet. Alternativt kan de også velges for å gi en spesiell mekanisk egenskap, slik som en trykkstyrke eller skjærfasthet, til det kompakterte pulverproduktet 400, uten nødvendigvis å gi valgbar og styrbar oppløsning av selve kjernematerialene, siden valgbar og styrbar oppløsning av nanomatrisematerialet som omgir disse partiklene nødvendigvis vil frigjøre dem slik at de bæres bort av borehullfluidet. Den mikrostrukturelle morfologien til den vesentlig kontinuerlige, celullære nanomatrisen 416, som kan velges for å gi et forsterkningsfasemateriale, med spredte partikler 414, som kan velges for å gi ekviaksede spredte partikler 414, gir disse kompakterte pulverproduktene økte mekaniske egenskaper, inkludert trykkstyrke og skjærfasthet, siden den resulterende morfologien til nanomatrise/spredte partikler kan manipuleres for å gi forsterkning gjennom de prosessene som er beslektet med tradisjonelle forsterkningsmekanismer, slik som kornstørrelsesreduksjon, løsningsherding gjennom bruk av fremmedatomer, utfellings‐ eller aldringsherding og struktur/deformasjonsmekanismer. Den nanomatrise/spredte partikkelstrukturen tenderer mot å begrense dislokasjonsbevegelse i kraft av de mange partikkelnanomatrisegrenseflatene, og grenseflatene mellom diskrete lag inne i nanomatrisematerialet slik det beskrives her. Dette eksemplifiseres i disse materialenes frakturatferd. Et kompaktert pulverprodukt 400 laget ved bruk av ubelagt rent Mg‐pulver utsettes for en skjærspenning som er tilstrekkelig til å indusere intergranulært brudd vist av feil. I motsetning til dette, et kompaktert pulverprodukt 400 laget ved bruk av pulverpartikler 212 med rene Mg pulverpartikkelkjerner 214 til å danne spredte partikler 414 og metalloverflatelag 216 som inkluderer Al for å danne nanomatrise 416 og som er utsatt for en skjærspenning som er tilstrekkelig til å indusere transgranulært brudd påvist ved svikt og en vesentlig høyere bruddspenning slik det beskrives her. Fordi disse materialene har høystyrke‐karakteristikker, kan kjernematerialet og beleggmaterialet velges for å bruke materialer med lav tettet eller andre materialer med lav tetthet, slik som metaller med lav tetthet, keramikk, glass eller karbon, som ellers ikke ville gi de nødvendige fasthetskarakteristikkene til bruk i de ønskede anvendelsesområdene, inkludert borehullverktøyer og ‐komponenter.

[0060] Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med henvisning til en eksempelvis utførelsesform eller utførelsesformer, vil det bli forstått av fagkyndige på området at forskjellige endringer kan bli utført og ekvivalenter kan bli erstattet med elementer herav uten å avvike fra oppfinnelsens omfang. Dessuten kan mange endringer gjøres for å tilpasse en spesiell situasjon eller materiale til oppfinnelsens lære uten å avvike fra det vesentlige området til denne. Derfor er det ment at oppfinnelsen ikke skal begrenses til den særlige beskrevne utførelsesformen som den beste fremgangsmåten som er overveid for å iverksette denne oppfinnelsen, men at oppfinnelsen skal omfatte alle utførelsesformer som kommer inn under patentkravenes område. I tegningene og beskrivelsen er det også beskrevet eksempelvise utførelsesformer av oppfinnelsen og selv om spesifikke benevnelser kan ha blitt brukt, er de med mindre noe annet er oppgitt kun brukt i generisk og beskrivende viktighet og ikke med det formål å begrense, og oppfinnelsens område er derfor ikke så begrenset. Videre antyder ikke bruken av benevnelsene første, andre, mv. noen rekkefølge eller betydning, men benevnelsene første, andre, mv. er snarere brukt for å atskille et element fra et annet. Dernest antyder ikke bruken av benevnelsene, en, ett, mv. en mengdebegrensning, men antyder snarere tilstedeværelsen av minst ett av de henviste elementene.

Claims (6)

PATENTKRAV

1. Propp (10) som omfatter en hoveddel (12) med en ytre overflate (26) konfigurert til å innkoble et sete (14) på en innsettende måte, der minst den ytre overflaten (26) av proppen (10) er konfigurert til å oppløses ved eksponering for et målmiljø (30), karakterisert ved at minst én del av hoveddelen (12) som avgrenser den ytre overflaten (26) er laget av et sintret pulvermetall, som omfatter: en vesentlig kontinuerlig, cellulær nanomatrise som omfatter et nanomatrisemateriale (420); en mengde spredte partikler (414) som omfatter et partikkelkjernemateriale (418) som omfatter Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av disse, spredt i den cellulære nanomatrisen; og et faststoff bindingslag (419) som strekker seg gjennom den cellulære nanomatrisen mellom de spredte partiklene (414).

2. Propp (10) i henhold til krav 1, der de spredte partiklene (414) omfatter Mg‐Zn, Mg-Zn, Mg‐Al, Mg‐Mn, Mg‐Zn‐Y, Mg‐Al‐Si eller Mg‐Al‐Zn.

3. Propp (10) i henhold til krav 1, der de spredte partiklene (414) har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på omtrent 5 μm til omtrent 300 μm.

4. Propp (10) i henhold til krav 1, der de spredte partiklene (414) har en ekviakset partikkelform.

5. Propp (10) i henhold til krav 1, der nanomatrisematerialet omfatter Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re eller Ni, eller et oksid, et karbid eller nitrid derav eller en kombinasjon av noen av de ovennevnte materialene, og der nanomatrisematerialet (420) har en kjemisk sammensetning og partikkelkjernematerialet (418) har en kjemisk sammensetning som er forskjellig fra nanomatrisematerialets kjemiske sammensetning.

6. Propp (10) i henhold til krav 1, der den cellulære nanomatrisen har en

gjennomsnittlig tykkelse på omtrent 50 nm til omtrent 5000 nm.