一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法
【專利摘要】一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法。采用真空熔覆的方法，以鎳基自熔合金粉末為原料，添加WC硬質(zhì)強(qiáng)化相粉末，在壓裂泵閥體、閥座表面制備出具有高的耐磨耐蝕耐沖擊性涂層。工藝步驟為：工件表面預(yù)處理—球磨混料—制成料漿—涂覆于工件表面—烘干—真空燒結(jié)。其中配料組成按重量百分比為WC粉5～30％，Ni-Cr-Mo-Fe-B-Si-C合金粉末70～95％。本發(fā)明所制備的熔覆涂層致密度高，內(nèi)應(yīng)力小；涂層與基體之間產(chǎn)生很好的冶金結(jié)合，大大提高閥體、閥座熔覆涂層表面的耐磨、耐蝕和耐沖擊性等，從而有效的提高閥體、閥座的使用壽命；且本發(fā)明工藝操作簡(jiǎn)單，原材料利用率高，成本低，工藝性能穩(wěn)定，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法。
技術(shù)背景
[0002]壓裂泵作為一種石油礦場(chǎng)設(shè)備，在作業(yè)過(guò)程中所處工況較其它常見機(jī)械設(shè)備更惡劣，其所承受工作載荷隨著壓裂壓力的不斷提高而越來(lái)越大，因此有必要提高壓裂泵關(guān)鍵零部件及易損件性能。其中壓裂泵閥體、閥座使用特點(diǎn)為:(1)高壓力造成閥的沖擊。易造成工作表面破壞，如疲勞、斷裂、閥座下沉等；(2)加砂壓裂時(shí)，閥體、閥座、石英砂/陶粒形成三體磨粒磨損，磨損加速；(3)酸化壓裂時(shí)，酸度高，造成泵閥體、閥座腐蝕破壞；磨損形式主要為:沖擊磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損等。故在惡劣的工作環(huán)境中，閥體、閥座摩擦段表面因磨損和腐蝕而形成麻坑，劃傷，銹蝕等缺陷，導(dǎo)致其報(bào)廢，更換周期很短，影響生產(chǎn)效益，甚至造成整個(gè)產(chǎn)業(yè)工作面停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失巨大。
[0003]閥體、閥座的磨損腐蝕情況不僅取決于本體材料,還取決于表面處理、熱處理、接觸狀態(tài)和工作介質(zhì)等多種因素。其中不同的表面處理方式對(duì)其耐磨耐蝕性有著顯著影響。目前壓裂泵閥體、閥座鋼件的表面強(qiáng)化方法主要集中在滲碳、碳氮共滲等傳統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，其耐磨耐蝕性遠(yuǎn)不能滿足工況需求；熱噴涂技術(shù)作為制備涂層的一種方法，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械冶金、化工石油等領(lǐng)域，但熱噴涂涂層表面粗糙疏松，內(nèi)部存在微裂紋、縮孔等缺陷，導(dǎo)致涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度很低，很容易出現(xiàn)開裂脫落現(xiàn)象；激光熔覆技術(shù)是改善金屬表面性能的有效手段之一，近年來(lái)得到迅速發(fā)展，但其易產(chǎn)生裂紋及應(yīng)力集中等問(wèn)題，且對(duì)設(shè)備要求高，成本高。而真空熔覆涂層技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，原材料利用率高，成本低，涂層與基體形成良好的冶金結(jié)合，加熱均勻性好，致密度高，內(nèi)應(yīng)力小，工藝穩(wěn)定性高，從“適用”和“經(jīng)濟(jì)”兩大原則來(lái)看，是制備重負(fù)載部件表面強(qiáng)化材料的首選技術(shù)。
[0004]采用真空熔覆的方法，以鎳基自熔合金粉末為原料，添加不同含量的WC硬質(zhì)增強(qiáng)相粉末，在壓裂泵閥體、閥座鋼件表面制備耐磨耐蝕耐沖擊涂層；顆粒增強(qiáng)的合金用于表面涂層技術(shù)中，這種復(fù)合材料與基體之間產(chǎn)生冶金結(jié)合，可應(yīng)用于多種金屬基體上，使涂層的硬度、耐磨、耐蝕等性能大大提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服壓裂泵閥體、閥座在生產(chǎn)應(yīng)用中遇到的磨損腐蝕等問(wèn)題，提供一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法，采用真空熔覆的方法，以鎳基自熔合金粉末為原料，添加不同含量的WC硬質(zhì)強(qiáng)化相粉末，在壓裂泵閥體、閥座鋼件表面制備耐磨耐蝕耐沖擊涂層；顆粒增強(qiáng)的合金用于表面涂層技術(shù)中，這種復(fù)合材料與基體之間產(chǎn)生很好的冶金結(jié)合，可應(yīng)用于多種金屬基體上，使涂層的硬度、耐磨、耐蝕等性能大大提高，從而有效的提聞閥體、閥座的使用壽命。
[0006]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0007](I)工件表面預(yù)處理:清除待加工閥體，閥座表面的油污，雜質(zhì)，氧化皮等；
[0008](2)配制粉末原料，所述配料組成按重量百分比為WC粉5?30 %,N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 70 ?95 % ;其中 N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉的成分為:Cr:15 ?18 %，Mo:l ?3 %，F(xiàn)e:5 ?8 %，B:3 ?4.5 %，S1:3 ?5.5 %，C:0.5 ?
1.3% ,N1:余量；
[0009](3)制備混合粉末，按步驟(2)所述各粉末重量比稱取粉末，滾動(dòng)球磨混料時(shí)間為3?4個(gè)小時(shí)，形成混合粉末放入自封袋中待用；
[0010](4)將混合后的粉末與粘結(jié)劑混合攪拌均勻制成料漿，涂覆于工件表面，涂覆層厚度為0.5?3mm，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8?10個(gè)小時(shí)。待其干燥后可以進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)，使涂層更加均勻完整；
[0011](5)將涂覆好的工件放入真空燒結(jié)爐中熔覆燒結(jié)，真空度<10_3Pa，緩慢升溫至400°C，并保溫一定時(shí)間以保證脫出涂層中的粘結(jié)劑，升溫至1000°C時(shí)，緩慢升溫至熔覆溫度，保溫I?5分鐘后隨爐冷卻，完成熔覆涂層。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明所制備的熔覆涂層致密度高，工件加熱均勻性好，不易產(chǎn)生變形，不易氧化，且內(nèi)應(yīng)力?。粚C硬質(zhì)強(qiáng)化相粉末加入鎳基自熔合金粉末中，顆粒增強(qiáng)的合金用于表面涂層技術(shù)中，這種復(fù)合材料與基體之間產(chǎn)生很好的冶金結(jié)合，大大提高涂層的耐磨、耐蝕和耐沖擊等性能，從而有效的提高閥體、閥座的使用壽命；且本發(fā)明工藝操作簡(jiǎn)單，原材料利用率高，成本低，工藝性能穩(wěn)定，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0013]壓裂泵閥體閥座所采用的材質(zhì)一般為20CrMnTi滲碳鋼，8620H合金結(jié)構(gòu)鋼，4145H合金結(jié)構(gòu)鋼等。
[0014]實(shí)施例1:
[0015](I)工件表面預(yù)處理:在涂覆粉末涂層之前清除20CrMnTi鋼件表面的油污，雜質(zhì)，
氧化皮等。
[0016](2)配制粉末原料，所述配料組成按重量百分比為WC粉10%，粒度為-325目，N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 90%，粒度為-200 目。
[0017](3)制備混合粉末，按步驟(2)所述各粉末重量比稱取粉末，滾動(dòng)球磨混料時(shí)間為3個(gè)小時(shí)，形成混合粉末放入自封袋中待用。
[0018](4)將混合后的粉末與粘結(jié)劑混合攪拌均勻制成料漿，涂覆于工件表面，涂覆層厚度為1_，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8個(gè)小時(shí)。待其干燥后可以進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)，使涂層更加均勻完整。
[0019](5)將涂覆好的工件放入真空燒結(jié)爐中熔覆燒結(jié)，真空度為10_4Pa，緩慢升溫至4000C，并保溫一定時(shí)間以保證脫出涂層中的粘結(jié)劑，升溫至1000°C時(shí)，緩慢升溫至熔覆溫度，保溫5分鐘后隨爐冷卻，完成熔覆涂層。
[0020]實(shí)施例2:
[0021](I)工件表面預(yù)處理:在涂覆粉末涂層之前清除8620H鋼件表面的油污，雜質(zhì)，氧化皮等。
[0022](2)配制粉末原料，所述配料組成按重量百分比為WC粉20%，粒度為-500目，N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 80%，粒度為-200 目。
[0023](3)制備混合粉末，按步驟(2)所述各粉末重量比稱取粉末，滾動(dòng)球磨混料時(shí)間為3個(gè)小時(shí)，形成混合粉末放入自封袋中待用。
[0024](4)將混合后的粉末與粘結(jié)劑混合攪拌均勻制成料漿，涂覆于工件表面，涂覆層厚度為2_，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8個(gè)小時(shí)。待其干燥后可以進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)，使涂層更加均勻完整。
[0025](5)將涂覆好的工件放入真空燒結(jié)爐中熔覆燒結(jié)，真空度為10_4Pa，緩慢升溫至4000C，并保溫一定時(shí)間以保證脫出涂層中的粘結(jié)劑，升溫至1000°C時(shí)，緩慢升溫至熔覆溫度，保溫5分鐘后隨爐冷卻，完成熔覆涂層。
[0026]實(shí)施例3:
[0027](I)工件表面預(yù)處理:在涂覆粉末涂層之前清除4145H合金結(jié)構(gòu)鋼表面的油污，雜質(zhì)，氧化皮等。
[0028](2)配制粉末原料，所述配料組成按重量百分比為WC粉5%，粒度為-325目，N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 95%，粒度為-200 目。
[0029](3)制備混合粉末，按步驟(2)所述各粉末重量比稱取粉末，滾動(dòng)球磨混料時(shí)間為3個(gè)小時(shí)，形成混合粉末放入自封袋中待用。
[0030](4)將混合后的粉末與粘結(jié)劑混合攪拌均勻制成料漿，涂覆于工件表面，涂覆層厚度為3_，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8個(gè)小時(shí)。待其干燥后可以進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)，使涂層更加均勻完整。
[0031](5)將涂覆好的工件放入真空燒結(jié)爐中熔覆燒結(jié)，真空度為10_4Pa，緩慢升溫至4000C，并保溫一定時(shí)間以保證脫出涂層中的粘結(jié)劑，升溫至1000°C時(shí)，緩慢升溫至熔覆溫度，保溫5分鐘后隨爐冷卻，完成熔覆涂層。
【權(quán)利要求】
1.一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法，其特征是采用真空熔覆的方法，以鎳基自熔合金粉末為原料，添加一定含量的WC硬質(zhì)強(qiáng)化相粉末，在壓裂泵閥體、閥座表面制備出具有高的耐磨耐蝕耐沖擊性涂層；所用金屬粉體配料組成按重量百分比為WC粉5?30%, N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 70 ?95 % ;其中 N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉的成分為:Cr:15 ?18%，Mo:l ?3%，F(xiàn)e:5 ?8%，B:3 ?4.5%，S1:3 ?5.5%，C:0.5 ?1.3% ,N1:余量。
2.按根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法，其特征在于工藝步驟如下: (1)工件表面預(yù)處理:清除待加工閥體，閥座表面的油污，雜質(zhì)，氧化皮； (2)配制粉末原料，所述配料組成按重量百分比為WC粉5?30%,N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 70 ?95 % ;其中 N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉的成分為:Cr:15 ?18 %，Mo:l ?3 %，F(xiàn)e:5 ?8 %，B:3 ?4.5 %，S1:3 ?5.5 %，C:0.5 ?1.3% ,N1:余量； (3)制備混合粉末，按步驟(2)所述各粉末重量比稱取粉末，滾動(dòng)球磨混料時(shí)間2?6個(gè)小時(shí)，形成混合粉末放入自封袋中待用； (4)將混合后的粉末與粘結(jié)劑混合攪拌均勻制成料漿，涂覆于閥體、閥座接觸表面，涂覆層厚度為0.5?3mm，放入真空干燥箱中在80°C下干燥5?10個(gè)小時(shí)；待其干燥后再進(jìn)行簡(jiǎn)單修補(bǔ)，使涂層更加均勻完整； (5)將涂覆好的工件放入真空燒結(jié)爐中熔覆燒結(jié)，真空度<10_3Pa，緩慢升溫至400°C，并保溫一定時(shí)間以保證脫出熔覆涂層中的粘結(jié)劑；升溫至1000°C時(shí)，緩慢升溫至熔覆溫度，保溫I?5分鐘后隨爐冷卻，完成熔覆涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強(qiáng)化方法，其特征在于所述的N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C合金粉末粒度為-200目，WC粉的粒度為-325目。
【文檔編號(hào)】B22F7/08GK104162676SQ201410361282
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】郭志猛, 唐明忠, 宗朔通, 徐延龍, 許恩恩 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)