近日，我國“深地川科1井”鉆探深度突破10000米，標(biāo)志著人類首次用鉆頭觸及5.4億年前的“震旦系地層”。這一里程碑成果背后，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研發(fā)的多元金屬陶瓷復(fù)合材料功不可沒。
多元金屬陶瓷復(fù)合材料——這種創(chuàng)新材料通過納米級金屬相與陶瓷相的梯度復(fù)合設(shè)計，采用"三維網(wǎng)絡(luò)互穿"結(jié)構(gòu)，將鈷、鎢等金屬相與碳化鈦、氮化硅等陶瓷相結(jié)合，借助溶膠-凝膠法與放電等離子燒結(jié)技術(shù)實現(xiàn)原子級界面結(jié)合。
經(jīng)相關(guān)機(jī)構(gòu)檢測，其抗彎強(qiáng)度達(dá)到2200MPa，耐磨性較傳統(tǒng)材料提升30%，在1000℃高溫下仍能保持85%的室溫強(qiáng)度，較鎳基合金性能提升25%。并且在7500米至10000米井深段的極端環(huán)境(溫度超200℃、壓力超150MPa、強(qiáng)腐蝕)中，該材料使鉆具軸承摩擦系數(shù)降低40%，使用壽命延長2倍以上，萬向軸抗疲勞性能提升30%，有效破解了傳統(tǒng)材料易出現(xiàn)的表面剝落、裂紋擴(kuò)展等問題。
并且在"深地川科1井"工程實踐中，該材料助力鉆探深度突破9800米，鉆具關(guān)鍵部件的失效周期從300小時延長至800小時以上，鉆井效率提升15%，為我國向萬米鉆探深度發(fā)起沖擊提供了核心支撐。
目前，科研團(tuán)隊構(gòu)建了涵蓋材料配方、制備工藝到表面強(qiáng)化技術(shù)的完整專利體系，累計申請發(fā)明專利56項，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項，帶動國內(nèi)12家材料企業(yè)和8家裝備制造企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，培育出3家國家級專精特新企業(yè)，形成年產(chǎn)值超20億元的深地鉆探材料產(chǎn)業(yè)鏈。
展望未來，科研團(tuán)隊正推進(jìn)材料性能向更高溫(1200℃)、更耐腐蝕(抗硫化氫腐蝕)方向升級，并探索其在海洋深水鉆探、核廢料處置等領(lǐng)域的應(yīng)用。國家“深地材料創(chuàng)新工程”計劃到2030年實現(xiàn)深地鉆探材料100%自主化，推動我國從“鉆探大國”邁向“鉆探強(qiáng)國”，為全球深地資源開發(fā)提供“中國方案”。
該材料通過創(chuàng)新設(shè)計與工藝突破，不僅實現(xiàn)了深地鉆探關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化替代，提供了核心支撐，更推動我國在超深井鉆探領(lǐng)域從“跟跑”邁向“領(lǐng)跑”，為能源安全與科技自立自強(qiáng)注入強(qiáng)勁動能。
資料參考來源：寧波材料技術(shù)與工程研究所
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