金属粉末和粉末压块的制造方法和由其制得的粉末和粉末压块.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104159688 A (43)申请公布日 2014.11.19 CN 104159688 A (21)申请号 201380009549.0 (22)申请日 2013.01.16 13/397,492 2012.02.15 US B22F 9/22(2006.01) B22F 1/02(2006.01) B22F 3/02(2006.01) (71)申请人 贝克休斯公司 地址 美国得克萨斯 (72)发明人 OA麦齐亚 MLH约翰森 DE罗德里格斯 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 杨立芳 (54) 发明名称 金属粉末和粉。

2、末压块的制造方法和由其制得 的粉末和粉末压块 (57) 摘要 本发明公开了纳米级金属粉末的制造方法。 所述方法包括提供包含金属化合物的基础材料， 其中所述基础材料是经配置用于通过还原剂化学 还原而形成金属材料。所述方法还包括形成所述 基础材料的粉末， 所述粉末包含多个粉末颗粒， 所 述粉末颗粒具有小于大约 1 微米的平均粒度。所 述方法还包括将所述粉末颗粒连同还原剂一起在 促进所述基础材料的化学还原和所述金属材料的 多个颗粒的形成的环境条件下布置到反应器中。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.08.15 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/。

3、021647 2013.01.16 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/154634 EN 2013.10.17 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书9页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104159688 A CN 104159688 A 1/3 页 2 1. 纳米级金属粉末的制造方法， 包括 ： 提供包含金属化合物的基础材料， 其中所述基础材料经配置用于通过还原剂化学还原 而形成金属材料 ； 形成所述基础材料的粉末， 所述粉末包含多个粉末颗粒， 所述粉末颗。

4、粒具有小于大约 1 微米的平均粒度 ； 和 将所述粉末颗粒连同所述还原剂一起在促进所述基础材料的化学还原和所述金属材 料的多个颗粒的形成的环境条件下布置在反应器中。 2. 权利要求 1 的方法， 其中所述基础材料包含镁化合物或铝化合物， 或它们的组合。 3. 权利要求 1 的方法， 其中所述基础材料包含镁化合物和所述金属材料的多个颗粒包 含镁或镁合金， 或它们的组合。 4. 权利要求 1 的方法， 其中所述镁化合物包含氯化镁、 氟化镁、 碘化镁、 氮化镁、 硝酸 镁、 碳酸氢镁、 氧化镁、 过氧化镁、 硒化镁、 碲化镁或硫化镁， 或它们的组合。 5. 权利要求 1 的方法， 其中所述基础材料包。

5、含铝化合物和所述金属材料的多个颗粒包 含铝或铝合金， 或它们的组合。 6. 权利要求 1 的方法， 其中所述铝化合物包含硼酸铝、 溴化铝、 氯化铝、 氢氧化铝、 氮化 铝、 氧化铝、 磷酸铝、 硒化铝、 硫酸铝、 硫化铝、 碲化铝或它们的组合。 7. 权利要求 1 的方法， 其中所述基础材料包含镁化合物和铝化合物和所述金属材料的 多个颗粒包含镁或镁合金和铝或铝合金， 或它们的组合。 8. 权利要求 1 的方法， 其中所述还原剂包含第 I 族元素。 9. 权利要求 1 的方法， 其中所述还原剂包含氢或氢化合物。 10. 权利要求 9 的方法， 其中所述还原剂包含氢气。 11. 权利要求 1 的方。

6、法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有比所述粉末颗粒的粒度更 小的平均粒度。 12. 权利要求 1 的方法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有大约 1nm- 大约 1 微米的平 均粒度。 13.权利要求12的方法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有大约5nm-大约500nm的平 均粒度。 14. 权利要求 12 的方法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有大约 1nm- 大约 15nm 的平 均粒度。 15. 权利要求 1 的方法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有由所述基础材料的分子结 构决定的颗粒形态。 16. 权利要求 1 的方法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有多孔颗粒形态。 17. 权利要求 1。

7、 的方法， 其中将所述粉末颗粒布置在反应器中包括将所述粉末颗粒布 置到流化床反应器中， 其中所述粉末颗粒构成粉末颗粒的流化床和所述还原剂构成配置用 来流过并形成粉末颗粒的流化床的流体。 18. 权利要求 17 的方法， 其中所述环境条件包括将所述流化床加热到足以将所述粉末 颗粒化学还原并形成所述金属材料的颗粒的预定温度。 19. 权利要求 18 的方法， 其中所述还原剂包含氢或氢化合物。 20. 权利要求 1 的方法， 其中将所述粉末颗粒布置到反应器中包括 ： 权 利 要 求 书 CN 104159688 A 2 2/3 页 3 将所述粉末颗粒喷雾到所述反应器中以提供粉末颗粒的料流 ； 和 提。

8、供所述还原剂经过所述反应器的流动， 所述还原剂经过所述反应器的流动碰撞所述 粉末颗粒的料流。 21. 权利要求 20 的方法， 其中所述环境条件包括将所述粉末颗粒的料流和所述还原剂 加热到足以将所述粉末颗粒化学还原并形成所述金属材料的颗粒的预定温度。 22. 权利要求 21 的方法， 其中所述还原剂包含氢或氢化合物。 23. 权利要求 20 的方法， 还包括在喷雾之前将所述粉末颗粒与液体载体结合以形成淤 浆， 其中将所述粉末颗粒喷雾包括将所述淤浆喷雾。 24. 权利要求 23 的方法， 其中所述液体载体包含有机或无机液体， 或它们的组合。 25. 权利要求 24 的方法， 其中所述无机液体包含。

9、水性液体。 26. 权利要求 1 的方法， 其中将所述粉末颗粒布置到反应器中包括 ： 将所述粉末颗粒布置到反应器中包括将所述粉末颗粒置于间歇式炉、 连续式炉或窑 中 ； 和 提供所述还原剂经过所述反应器的流动， 所述还原剂经过所述反应器的流动使所述粉 末颗粒暴露到所述还原剂中。 27. 权利要求 26 的方法， 其中所述环境条件包括将所述粉末颗粒的料流和所述还原剂 加热到足以将所述粉末颗粒化学还原并形成所述金属材料的颗粒的预定温度。 28. 权利要求 27 的方法， 其中所述还原剂包含氢或氢化合物。 29. 权利要求 1 的方法， 其中所述环境条件包括预定温度、 预定压力、 预定电场、 预定电。

10、 流或预定电压或它们的组合。 30. 权利要求 1 的方法， 其中形成所述基础材料的粉末包括将所述基础材料球磨或冷 冻研磨以形成所述粉末颗粒。 31. 权利要求 1 的方法， 还包括将所述金属材料的多个颗粒球磨或冷冻研磨。 32. 金属粉末， 包含多个包含镁或铝或它们的组合的粉末颗粒， 其中所述粉末颗粒具有 分别由镁化合物或铝化合物或它们的组合的还原产生的预定颗粒形态。 33. 权利要求 32 的金属粉末， 其中所述预定颗粒形态包括孔隙度。 34. 权利要求 32 的金属粉末， 其中所述预定颗粒形态包括大约 1- 大约 100nm 的粒度。 35. 权利要求 32 的金属粉末， 其中所述预定颗。

11、粒形态包括颗粒簇合物。 36. 权利要求 32 的金属粉末， 其中所述粉末颗粒包括纳米结构粉末颗粒。 37. 权利要求 32 的金属粉末， 其中所述粉末颗粒包含镁芯部和至少一个金属涂层， 所 述金属涂层包含 Ni、 Fe、 Cu、 Co、 W、 Al、 Zn、 Mn、 Mg 或 Si， 或包含上述物质中的至少一种的氧 化物、 氮化物、 碳化物、 金属间化合物或金属陶瓷， 或它们的组合。 38. 权利要求 32 的金属粉末， 其中所述粉末颗粒包含铝芯部和至少一个金属涂层， 所 述金属涂层包含 Ni、 Fe、 Cu、 Co、 W、 Al、 Zn、 Mn、 Mg 或 Si， 或包含上述物质中的至少一。

12、种的氧 化物、 氮化物、 碳化物、 金属间化合物或金属陶瓷， 或它们的组合。 39. 粉末金属压块的制造方法， 包括 ： 通过使分别包含多个镁化合物或铝化合物或它们的组合的粉末颗粒的基础粉末直接 还原而提供包含多个含镁或铝或它们的组合的粉末颗粒的金属粉末， 所述基础粉末颗粒具 有小于大约 1 微米的平均粒度 ； 权 利 要 求 书 CN 104159688 A 3 3/3 页 4 将金属涂料的纳米级金属涂层沉积在所述金属粉末颗粒的外表面上以形成经涂覆的 金属粉末颗粒 ； 和 如下成型粉末金属压块 ： 将所述多个经涂覆的金属粉末颗粒的纳米级金属涂层烧结以 形成所述金属涂料的基本上连续的多孔纳米基。

13、体和分散在所述多孔纳米基体内的多个包 含所述金属粉末颗粒的分散颗粒。 40.权利要求39的方法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有大约1nm-大约1微米的平 均粒度。 41.权利要求40的方法， 其中所述金属材料的多个颗粒具有大约5nm-大约500nm的平 均粒度。 42. 权利要求 39 的方法， 其中所述多个金属粉末颗粒具有由所述基础粉末的分子结构 决定的颗粒形态。 43. 权利要求 39 的方法， 其中所述多个金属粉末颗粒具有多孔颗粒形态。 44. 权利要求 39 的方法， 还包括将所述多个金属粉末颗粒球磨或冷冻研磨， 其中所述 金属粉末颗粒包括纳米结构粉末颗粒。 45. 权利要求 39 。

14、的方法， 其中成型包括冷压、 热压、 锻造或挤出或它们的组合。 权 利 要 求 书 CN 104159688 A 4 1/9 页 5 金属粉末和粉末压块的制造方法和由其制得的粉末和粉末 压块 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请要求于 2012 年 2 月 15 日提交的美国申请号 13/397492 的权益， 该文献全 文引入本文作为参考。 背景技术 0003 钻井、 完井和生产操作， 例如用于油井和天然气井和碳隔离的那些通常利用井眼 组件或工具， 该井眼组件或工具由于其功能因而仅需具有比井的使用寿命少得多的有限的 使用寿命。在完成组件或工具的使用功能后， 必须将其去除或处置以便恢。

15、复流体通道的原 始尺寸以便使用， 包括烃生产、 CO2隔离等。传统上组件或工具的处理是通过将所述组件或 工具磨出或钻出井眼， 这通常是耗时的并且是昂贵的操作， 尤其是在井眼的水平截面中。 0004 为了消除对磨出或钻出操作的需要， 通过使用受控电解材料， 例如具有多孔纳米 基体的那些的溶解或腐蚀而除去组件或工具描述在例如， 于 2009 年 12 月 8 日提交的标 题为 METHOD OF MAKING A NANOMATRIX POWDER METAL COMPACT 的美国专利申请序列号 12/633,688 中， 所述多孔纳米基体可以响应于井眼环境条件， 例如对预定井眼流体的暴露 而选。

16、择性地和可控制地降解或腐蚀。 0005 使用由金属粉末形成为粉末压块 (powder compact) 的受控电解材料制造各种井 下工具和组件使得非常希望开发用来形成压块的改进的金属粉末和以高体积制造金属粉 末的改进的成本有效方法， 以及使用它们形成粉末金属压块的改进的方法。 发明内容 0006 发明概述 0007 在一个示例性实施方案中， 公开了制造纳米级金属粉末的方法。所述方法包括提 供包含金属化合物的基础材料， 其中所述基础材料是经配置用于通过还原剂化学还原而形 成金属材料。 所述方法还包括形成所述基础材料的粉末， 所述粉末包含多个粉末颗粒， 所述 粉末颗粒具有小于大约 1 微米的平均粒。

17、度。所述方法还包括将所述粉末颗粒连同还原剂一 起在促进所述基础材料的化学还原和所述金属材料的多个颗粒的形成的环境条件下布置 到反应器中。 0008 在另一个示例性实施方案中， 公开了金属粉末。该金属粉末包含多个包含镁或铝 或它们的组合的粉末颗粒， 其中所述粉末颗粒具有分别由镁化合物或铝化合物或它们的组 合的还原产生的预定颗粒形态。 0009 在又一个示例性实施方案中， 公开了粉末金属压块的制造方法。该方法包括通过 使分别包含多个镁化合物或铝化合物或它们的组合的粉末颗粒的基础粉末直接还原而提 供包含多个含镁或铝或它们的组合的粉末颗粒， 所述基础粉末颗粒具有小于大约 1 微米的 平均粒度。 该方法。

18、还包括在所述金属粉末颗粒的外表面上沉积金属涂料的纳米级金属涂层 以形成经涂覆的金属粉末颗粒。该方法还包括如下成型粉末金属压块 ： 将所述多个经涂覆 说 明 书 CN 104159688 A 5 2/9 页 6 的金属粉末颗粒的纳米级金属涂层烧结以形成所述金属涂料的基本上连续的多孔纳米基 体和分散在所述多孔纳米基体内的多个包含所述金属粉末颗粒的分散颗粒。 0010 附图简述 0011 现在参照附图， 其中在多张图中以类似的数字表示类似的元素 ： 0012 图 1 是制造本文所公开的金属粉末的方法的示例性实施方案的流程图 ； 0013 图 2 是由本文所公开的金属粉末制造粉末压块的方法的示例性实施。

19、方案的流程 图 ； 0014 图 3 是举例说明本文所公开的金属粉末的制造方法的示例性实施方案以及所使 用的化合物粉末颗粒和根据该方法形成的金属颗粒的横截面示意图 ； 0015 图 4 是举例说明本文所公开的金属粉末的制造方法的第二示例性实施方案的横 截面示意图 ； 0016 图 5 是举例说明本文所公开的金属粉末的制造方法的第三示例性实施方案的横 截面示意图 ； 0017 图 6 是本文所公开的经涂覆金属粉末颗粒的横截面示意图 ； 和 0018 图 7 是本文所公开的粉末压块的横截面示意图。 0019 发明详述 0020 参照附图， 更尤其是图 1-7， 公开了适合用来形成受控电解材料 (C。

20、EM) 粉末压块 100 的金属粉末 10， 例如镁和铝金属粉末 10 的制造方法 200 和电解材料 (CEM) 粉末压块 100 的制造方法 300。金属粉末 10， 例如镁和铝金属粉末 10 直接地由金属化合物粉末 30， 例如镁化合物和铝化合物粉末 30 通过这些粉末的化学还原形成。这些金属粉末 10 是结构 化的， 因为它们具有由前体化合物粉末 30， 例如镁化合物和铝化合物粉末， 和所选的还原试 剂或还原剂和用来制备它们的方法 200 限定的粉末颗粒形态或结构。这些结构化金属粉末 可以具有所谓的包括低至大约 1nm 的非常细小粒度的分子粉末颗粒形态或结构， 这些细颗 粒的颗粒簇合物。

21、 (cluster)， 多孔颗粒及由化合物粉末 30 的金属部分的化学还原和作为反 应物物质除去所述化合物粉末 30 的非金属部分所限定的其它形状和特征。由这些金属粉 末10形成的粉末压块100可以具有细粒结构并显示高的极限抗压强度， 因为此类材料中的 位错移动被颗粒边界阻止， 该颗粒边界可以部分地由用来形成压块的金属粉末 10 的细粒 度限定。高的极限抗压强度还可以由可能在压块形成期间产生的金属间相的形成， 以及在 金属粉末颗粒如本文所述那样形成后赋予它们的纳米结构化辅助。 0021 参照图 1 和 3-7， 公开了制造纳米级金属粉末 10( 包括纳米级镁或铝金属粉末 10) 的方法 200。

22、。该方法 200 包括提供 210 包含金属化合物例如镁化合物或铝化合物或它们的 组合的基础材料， 其中所述基础材料经配置用于通过还原剂 20 化学还原而形成包含粉末 颗粒 14 的金属材料 12。所述方法还包括形成 220 基础材料 32 的粉末 30， 所述粉末 30 包 含多个粉末颗粒 34， 所述粉末颗粒 34 具有小于大约 1 微米的平均粒度。所述方法 200 还包 括将粉末颗粒 34 连同还原剂 20 一起在环境条件 24 下布置 230 在反应器 22 中， 该环境条 件 24 促进基础材料的化学还原和金属材料 12 的多个金属粉末颗粒 14 的形成。 0022 可以通过选择适合。

23、的金属化合物， 例如镁或铝的化合物， 或镁和铝化合物的组合 实现提供 210 包含金属化合物， 例如镁化合物或铝化合物或它们的组合的基础材料， 其中 所述基础材料经配置用于通过还原剂 20 化学还原以形成金属材料 12。可以选择能够通过 说 明 书 CN 104159688 A 6 3/9 页 7 适合的还原剂 20 还原而形成金属材料例如镁或铝的任何适合的金属化合物 ( 包括各种镁 或铝化合物 )。 0023 所选的基础材料 32 和金属化合物可以包括任何适合的金属化合物。这包括各种 碱金属， 碱土金属， 过渡金属， 过渡周期后金属和准金属的化合物。 它们中， 镁和铝的化合物 尤其希望用于形。

24、成可以用来提供 CEM 材料的金属粉末， 如本文所述那样。 0024 作为一个实例， 基础材料 32 和金属化合物可以包括镁化合物并且在基础材料 32 还原而形成金属粉末 10 时形成的金属材料 12 的多个金属粉末颗粒 14 可以包括镁， 更尤其 是镁合金， 或它们的组合。金属材料 12 还可以包括镁的氧化物、 碳化物或氮化物， 或它们的 组合， 以及也可以在镁化合物的化学还原期间形成的包含镁的各种金属间化合物。适合的 镁化合物包括氯化镁、 氟化镁、 碘化镁、 溴化镁、 氮化镁、 硝酸镁、 碳酸氢镁、 氧化镁、 过氧化 镁、 硒化镁、 碲化镁或硫化镁， 或它们的组合。适合的镁化合物还可以包括。

25、除了镁之外还包 括其它金属元素的那些。 0025 作为另一个实例， 所选的基础材料 32 可以包括铝化合物并且在基础材料 32 还原 而形成金属粉末 10 时形成的金属材料 12 的多个金属粉末颗粒 14 可以包括铝， 更尤其是铝 合金， 或它们的组合。金属材料 12 还可以包括铝的氧化物、 碳化物或氮化物， 或它们的组 合， 以及也可以在铝化合物的化学还原期间形成的包含铝的各种金属间化合物。适合的铝 化合物包括硼酸铝、 溴化铝、 氯化铝、 碘化铝、 氟化铝、 氢氧化铝、 氮化铝、 硝酸铝、 氧化铝、 磷 酸铝、 硒化铝、 硫酸铝、 硫化铝、 碲化铝或它们的组合。 适合的铝化合物还可以包括除了。

26、铝之 外还包括其它金属元素的那些。 0026 作为又一个实例， 所选的基础材料 32 可以包括铝化合物和镁化合物， 并且在基础 材料 32 的还原后形成的金属材料 12 的多个金属粉末 10 颗粒可以包括铝和镁作为离散颗 粒， 或作为包括铝和镁的合金、 金属间化合物或其它组合的颗粒。 包括镁化合物和铝化合物 的基础材料 32 的选择还可以在还原后提供包括镁或镁合金和铝或铝合金， 或它们的组合 的金属材料 12 的多个颗粒。铝和镁一起的还原将要求选择使铝化合物和镁化合物两者能 够还原的适合的还原剂 20 和环境条件 24， 这在一个实施方案中可以包括同时使铝化合物 和镁化合物还原。 0027 形。

27、成 220 基础材料 32 的粉末 30 可以通过使用任何适合的粉末成型设备的形成基 础材料32的粉末的任何适合方法实现。 本文所述类型的基础材料32可以按各种形式提供， 包括呈具有各种平均尺寸的颗粒形式， 该尺寸大于根据方法 200 的使用所希望的尺寸。因 此， 形成 220 可用来将平均粒度减小到适合于根据该方法使用的粒度。在一个实施方案中， 粉末30可以通过球磨基础材料32以减小平均粒度而形成， 更具体地说， 可以通过冷冻研磨 (cryomilling) 形成。基础材料 32 的粉末 30 将具有粒度， 例如平均粒度， 该粒度经选择而 在还原后产生纳米级金属粉末 10 颗粒， 该纳米级金。

28、属粉末颗粒在本文限定为具有小于大 约 1 微米的粒度 ( 包括小于大约 1 微米的平均粒度 ) 的颗粒。在一个实施方案中， 基础材 料 32 的粉末 30 可以包括具有足以在化学还原后产生纳米级金属粉末颗粒 14 的粒度的粉 末颗粒 34， 如本文所描述的那样， 并且在另一个实施方案中， 可以具有小于大约 1 微米的平 均粒度， 在又一个实施方案中， 可以具有小于大约 0.5 微米的平均粒度。 0028 所述方法 200 还包括将基础粉末 30 的粉末颗粒 34 连同还原剂 20 一起在环境条 件 24 下布置 230 在反应器 22 中， 该环境条件 24 促进基础材料 32 的化学还原和金。

29、属材料 说 明 书 CN 104159688 A 7 4/9 页 8 12 的多个金属粉末颗粒 14 的形成。可以使用还原剂、 反应器 22 和一种或多种环境条件 24 的任何适合的组合还原粉末颗粒 34。一些示例性实施方案描述如下。 0029 可以使用能够将选择用来产生所需金属材料 12 的金属化合物， 例如铝化合物或 镁化合物或它们的组合还原的任何适合的还原剂20。 在一个实施方案中， 还原剂20可以包 括列在元素周期表第I族中的元素。 第I族元素中， 氢和钾由于它们的高反应性和相对丰富 而是尤其希望的。 氢作为还原剂的使用可以包括氢或氢化合物， 更尤其可以包括氢气。 适合 的氢化合物可以。

30、包括各种烃， 氢化物例如三乙基硼氢化锂、 硼氢化锂、 硼氢化钠、 氢化铝锂、 氢化二异丁基铝， 以及各种氢 - 氮化合物， 例如氨， 各种铵化合物， 肼以及其它， 它们配置用 来按适合于用作还原剂 20 的量和化学形式提供氢阴离子 ( 氢负离子 ) 或氢。应当理解， 各 种氢、 钾或其它第 I 族化合物的选择和使用可能要求各种中间反应以释放氢阴离子 ( 氢负 离子 )、 氢或其它第 I 族元素以致它可获得用于基础材料 32 的还原。 0030 可以采用任何适合的环境条件或条件的组合24促进将基础材料32还原必需的还 原反应并提供金属材料 12。在一个实施方案中， 将提供热以将温度提高而促进还原。

31、反应。 在另一个实施方案中， 将控制反应器 22 内的气氛以限制反应器内可利用的反应物类物质， 例如通过在预定压力下运转反应器 ( 包括低于环境大气压的压力 )， 以降低各种反应物， 例 如氧气或氮气， 或这两者的分压。 例如， 从反应器有效地除去除所需产物粉末以外的还原反 应产物 ( 例如 H2O、 HCl、 HBr 等 ) 是重要的以阻止逆反应发生。还可以通过利用惰性载气例 如氦气、 氩气等控制反应器的气氛以排除各种反应物类物质， 例如氮气或氧气， 或这两者， 其中可以将还原剂 20， 例如氢与惰性气体一起导入， 例如通过经过密封反应器的气流， 以致 除去任何不合需要的反应物类物质并仅提供。

32、预定反应物类物质， 例如还原剂 20 的供应， 以 便与基础材料 32 反应。在其它实施方案中， 预定的环境条件可以包括预定温度、 预定压力、 预定反应物类物质、 预定电场、 预定电流或预定电压或它们的组合。 0031 通过基础材料 32 的化合物粉末颗粒 30 的化学还原形成的所述金属材料 12 的多 个颗粒可以具有任何适合的粒度。在一个实施方案中， 基础材料 32 的化合物颗粒 30、 还原 剂 20 和环境条件 24 可以经选择以提供比基础材料 32 的化合物粉末颗粒 30 的粒度更小的 金属粉末 10 颗粒的平均粒度。在另一个实施方案中， 基础材料 32 的化合物颗粒 30、 还原 剂。

33、 20 和环境条件 24 可以经选择以提供比基础材料 32 的化合物粉末颗粒 34 的粒度更大的 金属粉末 10 颗粒的平均粒度， 例如其中通过还原反应制备的金属粉末颗粒 14 彼此附聚或 者结合而产生粒度比基础材料 32 的化合物粉末颗粒 34 更大的金属粉末颗粒 14， 金属粉末 颗粒 14 由基础材料 32 的化合物粉末颗粒 34 的还原产生。在一个实例中， 由不同化合物粉 末颗粒 34 还原的金属粉末颗粒 14 可以彼此通过金属键熔合， 例如其中还原反应产生熔融 金属粉末颗粒 14 并且一个或多个颗粒在熔融状态中彼此碰撞并成为彼此键接或熔合的冶 金。在另一个实例中， 由不同化合物粉末颗。

34、粒 34 还原的金属粉末颗粒 14 可以由于各种类 型的颗粒间吸引力而成簇， 包括范德华力、 静电力和与表面加合物相关联的可能由反应器 22 内的还原或其它反应、 或在还原反应已经完成后产生的金属和化学键。虽然方法 200， 更 尤其是化合物粉末颗粒 34、 还原剂 20 和环境条件 24 和还原反应可以设计用来产生具有各 种粒度的金属粉末颗粒 14， 但是尤其希望所述方法 200 用来制备用于制造本文所述粉末压 块 100 的纳米级金属粉末颗粒 14。在一个实施方案中， 金属材料 12 的多个金属粉末颗粒 14 可以具有大约 1nm- 大约 1 微米的平均粒度。在另一个实施方案中， 金属材料。

35、 12 的多个 说 明 书 CN 104159688 A 8 5/9 页 9 金属粉末颗粒 14 可以具有大约 5nm- 大约 500nm 的平均粒度。在又一个实施方案中， 方法 200 可以用于制造具有大约 1nm- 大约 100nm， 更尤其是大约 1nm- 大约 50nm， 更加尤其是大 约 1nm- 大约 15nm 的平均粒度的非常细小的金属粉末颗粒 14。 0032 由于它们通过化合物粉末颗粒 34 的还原而形成， 所以金属材料 12 的金属粉末颗 粒 14 具有由化合物粉末颗粒 34 的颗粒形态或结构 ( 例如， 粒度和形状 ) 决定的颗粒形态， 并且因为这些颗粒可以经选择而具有本。

36、文所述的非常小的粒度， 所以这还可以包括基础材 料 32 的分子结构。在一个实施方案中， 金属粉末颗粒 14 可以具有基本上球状颗粒形态， 尤 其是当还原反应可以包括颗粒的熔融时， 其中表面张力效应可能影响颗粒形态。在其它实 施方案中， 各种类型的颗粒附聚可以如本文所述导致并且产生熔合颗粒或颗粒簇合物。在 又一个实施方案中， 还原反应与基础材料 32 的分子结构一起可以在基础材料 32 的化合物 粉末颗粒 34 的还原和除去非金属部分后提供各种多孔颗粒形态， 而得到包括金属材料 12 的多孔网络的金属粉末颗粒 14， 其中这些颗粒可以具有反映化合物粉末颗粒 34 的形状的 总体形状， 但是由金。

37、属材料 12 的多孔网络构成。作为实例， 化合物粉末颗粒 34 可以具有由 它们的晶体或分子结构和用于制备它们的方法， 例如球磨或冷冻研磨限定的基本上球形、 平坦平面、 小薄片或不规则结构。 0033 将基础粉末 30 的粉末颗粒 34 连同还原剂 20 一起在促进基础材料 32 的化学还原 和金属材料 12 的多个金属粉末颗粒 14 的形成的环境条件 24 下布置 230 在反应器 22 中可 以在任何适合的反应器 22 中使用基础材料 32、 还原剂 20 和环境条件 24 的任何组合进行。 0034 在一个实施方案中， 方法 200 包括将化合物粉末颗粒 34 布置 230 在流化床反应。

38、器 50 中， 其中所述粉末颗粒构成粉末颗粒的流化床 52 并且还原剂 20 构成配置用来流过粉末 颗粒的流化床 52 并形成该流化床 52 的流体 54， 如图 3 中示意性所示。在一个示例性实施 方案中， 流体可以包括本文所述的氢气或氢化合物。环境条件 24 可以包括将流化床 52、 流 体 54 或这两者加热到足以将粉末颗粒化学还原并形成金属材料颗粒 14 的预定温度。反应 可以作为间歇反应进行， 其中形成化合物粉末颗粒 34 的床并且还原反应进行直至全部床， 或其一部分， 将其转化成金属粉末颗粒 14。或者， 反应可以作为连续反应进行， 其中化合物 粉末颗粒34的床随着还原反应进行而连。

39、续地、 或以预定间隔补充， 并且金属粉末颗粒14在 床中， 例如通过密度差隔离， 并连续地， 或以预定间隔从反应器 22 移除。由还原反应产生的 化学化合物和物质 56 可以从反应器按任何适合的方式排出。 0035 在另一个实施方案中， 将化合物粉末颗粒 34 布置 230 到反应器 22， 例如塔反应器 60 中， 包括将化合物粉末颗粒 34 喷雾到反应器中以提供粉末颗粒 58 的料流和提供还原剂 20 的流动， 例如逆向流动， 作为经过反应器 22 的流体 54， 如图 4 中示意性所示那样。在一 个实施方案中， 这可以包括熔融粉末颗粒 58 的料流。还原剂 20 经过反应器的流动碰撞化 。

40、合物粉末颗粒34的料流58， 而促进颗粒的还原。 环境条件24可以包括， 将粉末颗粒的料流 58 和还原剂 20 加热到足以将化合物粉末颗粒 34 化学还原并形成金属材料 12 的金属粉末 颗粒 14 的预定温度。在一个实施方案中， 这可以通过用加热器 64 加热塔反应器 60 的一部 分62达到。 在这个实施方案中， 还原剂20可以包括氢或氢化合物， 更尤其可以包括氢气， 以 及惰性载气。在这个实施方案中， 方法 200 还可以包括， 在喷雾之前， 将化合物粉末颗粒 34 与液体载体结合以形成淤浆 59 以将颗粒分散在该液体中， 其中将该化合物粉末颗粒喷雾 包括将该淤浆 59 喷雾。一些粉末。

41、 34 可以溶解在载流体中 ( 如 Mg 盐溶解在水中 )。这种射 说 明 书 CN 104159688 A 9 6/9 页 10 流将在反应器中蒸发并可以产生 Mg 盐的细颗粒。液体载体可以包括任何适合的液体载体， 并可以包括有机或无机液体， 或它们的组合。无机液体的实例包括各种水性液体 (aqueous liquid)。作为另一个实例， 载体可以包括烃液体并可以经选择以提供氢作为还原剂 20 的 来源。 0036 在另一个实施方案中， 将化合物粉末颗粒 34 布置 230 到反应器 22 中可以包括将 该化合物粉末颗粒 34 置于到炉子 70 中， 例如间歇式炉 ( 图 5)、 连续式炉 。

42、( 未显示 ) 或可 旋转窑 ( 未显示 ) 之一中。布置 230 还可以包括提供还原剂 20 作为流体 54 经过作为反应 器 22 的炉子 70 的流动， 其中还原剂 20 经过反应器的流动使化合物粉末颗粒 34 暴露到还 原剂 20 中。在这个实施方案中， 环境条件 24 还可以包括在炉子中将化合物粉末颗粒 34 和 还原剂 20 加热到足以将化合物粉末颗粒 34 化学还原并形成金属粉末颗粒 14 的预定温度。 在这个实施方案中， 还原剂 20 还可以包括氢或氢化合物。例如， 将化合物颗粒 34 作为批料 在时间(t1)插入并在暴露到还原剂中足以完成该批料的还原的时间后， 可以在时间(t。

43、2)移 除该金属粉末颗粒 14。 0037 一旦金属粉末颗粒 14 已经形成， 它们就可以用于制造粉末金属压块 100 的方法 300， 如下面进一步描述和图7中显示那样。 方法300包括通过基础粉末30的直接还原提供 310 包含多个金属粉末颗粒 14 的金属粉末 10， 该金属粉末颗粒 14 包括镁颗粒或铝颗粒， 或 它们的组合， 如本文所述那样， 该基础粉末 30 分别包含一种或多种金属化合物例如镁化合 物或铝化合物， 或它们的组合的多个化合物粉末颗粒 34， 其中所述基础粉末颗粒 34 具有小 于大约 1 微米， 更尤其是大约 1nm 至小于大约 1000nm 的平均粒度。在另一个实施。

44、方案中， 这还可以包括 Fe、 Co、 Cu、 Ni 等的金属化合物作为阴极中心。这些包合物的尺寸可以为 nm 至微米。方法 300 还包括将金属涂料 18 的纳米级金属涂层 16 沉积 320 在金属粉末颗粒 14 的外表面 19 上以形成经涂覆的金属粉末颗粒 15， 如图 6 所示。该方法 300 还包括如下成型 330粉末金属压块100 ： 将所述多个经涂覆的金属粉末颗粒15的纳米级金属涂层16压实以 形成所述金属涂料 17 的基本上连续的多孔纳米基体和分散在所述多孔纳米基体内的多个 包含所述金属粉末颗粒 14 的分散颗粒， 如图 7 所示。 0038 本文已经连同方法 200 描述了通。

45、过基础粉末 30 的直接还原提供 310 包含多个金 属粉末颗粒 14 的金属粉末 10， 该金属粉末颗粒 14 包括镁颗粒或铝颗粒， 或它们的组合， 如 本文所述那样， 该基础粉末 30 分别包含镁化合物或铝化合物， 或它们的组合的多个化合物 粉末颗粒 34， 其中所述基础粉末颗粒 34 具有小于大约 1 微米的平均粒度。 0039 如图6所示将金属涂料18的纳米级金属涂层16沉积320在金属粉末颗粒14的外 表面 19 上以形成经涂覆的金属粉末颗粒 15 可以通过任何适合的沉积方法和设备进行， 包 括各种物理气相沉积 (PVD) 方法， 例如溅镀、 电子束蒸发、 热蒸发、 脉冲激光沉积和阴。

46、极弧 沉积， 和化学气相沉积 (CVD) 方法， 例如大气压 CVD、 低压 CVD、 超高真空 CVD、 直接液体注射 CVD、 等离子体增强CVD、 微波-等离子体-辅助CVD和金属有机CVD。 纳米级金属涂层16可 以包括于 2009 年 12 月 8 日提交的共同待审美国专利申请序列号 12/633,682 中描述的那 些， 该文献全文引入本文作为参考。更具体地说， 在镁和镁合金金属粉末颗粒 14 的情况下， 金属粉末颗粒 14 可以， 例如， 包含纯镁和各种镁合金， 包括 Mg-Zr、 Mg-Zn-Zr、 Mg-Al-Zn-Mn、 Mg-Zn-Cu-Mn 或 Mg-W 合金， 或它们。

47、的组合， 并且各种纳米级金属涂层 16 可以包括 Ni、 Fe、 Cu、 Co、 W、 Al、 Zn、 Mn、 Mg 或 Si， 或包含上述物质中的至少一种的氧化物、 氮化物、 碳化物、 金 说 明 书 CN 104159688 A 10 7/9 页 11 属间化合物或金属陶瓷， 或它们的组合， 如于 2011 年 8 月 30 日提交的共同待审美国专利申 请序列号 13/220,824 中所述， 该文献全文引入本文作为参考。在铝和铝合金金属粉末颗粒 14 的情况下， 金属粉末颗粒 14 可以， 例如， 包含纯铝和各种铝合金， 包括 Al-Cu-Mg、 Al-Mn、 Al-Si、 Al-Mg、。

48、 Al-Mg-Si、 Al-Zn、 Al-Zn-Cu、 Al-Zn-Mg、 Al-Zn-Cr、 Al-Zn-Zr 或 Al-Sn-Li 合 金， 或它们的组合， 并且各种纳米级金属涂层 16 可以包括 Ni、 Fe、 Cu、 Co、 W、 Al、 Zn、 Mn、 Mg 或 Si， 或包含上述物质中的至少一种的氧化物、 氮化物、 碳化物、 金属间化合物或金属陶瓷， 或它们的组合， 如于 2011 年 8 月 30 日提交的共同待审美国专利申请序列号 13/220,822 中 所述， 该文献全文引入本文作为参考。可以将涂层 16 施加于可以通过方法 200 制备的所有 形态类型的金属粉末颗粒14上。

49、， 包括施加于各种颗粒形状的离散细颗粒21、 颗粒簇合物23 和多孔颗粒 25 上 ( 图 6)。 0040 通过将所述多个经涂覆的金属粉末颗粒15的纳米级金属涂层16压实以形成所述 金属涂料 18 的基本上连续的多孔纳米基体和分散在所述多孔纳米基体内的多个包含所述 金属粉末颗粒 14 的分散颗粒而成型 330 粉末金属压块 100 可以通过任何成型方法和设备 进行， 包括冷压 ( 包括冷等静压制 (CIP)、 热压 ( 包括热等静压制 (HIP)、 锻造或挤出， 或 它们的组合。成型 330 还可以包括粉末和 / 或压块的加热， 在粉末正形成时或之后或这两 种情况下。 0041 粉末压块 100 包括纳米基体材料的多孔纳米基体， 该纳米基体材料包含涂层 16 的材料， 该涂层 16 在成型 330 期间彼此连接并具有分散在整个多孔纳米基体中的多个分 散的金属粉末颗粒 14。分散的金属粉末颗粒 14 可以在基本上连续的多孔纳米基体中等轴 (equiaxed)， 或可以基本上延伸或者以其它方式通过成型 330 扭曲。当分散的金属粉末颗 粒 14 基本上延伸时， 分散的金属粉末颗粒 14 和多孔纳米基体可以。