一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法
【专利摘要】一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法。采用真空熔覆的方法，以镍基自熔合金粉末为原料，添加WC硬质强化相粉末，在压裂泵阀体、阀座表面制备出具有高的耐磨耐蚀耐冲击性涂层。工艺步骤为：工件表面预处理—球磨混料—制成料浆—涂覆于工件表面—烘干—真空烧结。其中配料组成按重量百分比为WC粉5～30％，Ni-Cr-Mo-Fe-B-Si-C合金粉末70～95％。本发明所制备的熔覆涂层致密度高，内应力小；涂层与基体之间产生很好的冶金结合，大大提高阀体、阀座熔覆涂层表面的耐磨、耐蚀和耐冲击性等，从而有效的提高阀体、阀座的使用寿命；且本发明工艺操作简单，原材料利用率高，成本低，工艺性能稳定，适合大规模生产。
【专利说明】一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料表面处理【技术领域】，具体涉及一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法。
技术背景
[0002]压裂泵作为一种石油矿场设备，在作业过程中所处工况较其它常见机械设备更恶劣，其所承受工作载荷随着压裂压力的不断提高而越来越大，因此有必要提高压裂泵关键零部件及易损件性能。其中压裂泵阀体、阀座使用特点为:(1)高压力造成阀的冲击。易造成工作表面破坏，如疲劳、断裂、阀座下沉等；(2)加砂压裂时，阀体、阀座、石英砂/陶粒形成三体磨粒磨损，磨损加速；(3)酸化压裂时，酸度高，造成泵阀体、阀座腐蚀破坏；磨损形式主要为:冲击磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损等。故在恶劣的工作环境中，阀体、阀座摩擦段表面因磨损和腐蚀而形成麻坑，划伤，锈蚀等缺陷，导致其报废，更换周期很短，影响生产效益，甚至造成整个产业工作面停产，经济损失巨大。
[0003]阀体、阀座的磨损腐蚀情况不仅取决于本体材料,还取决于表面处理、热处理、接触状态和工作介质等多种因素。其中不同的表面处理方式对其耐磨耐蚀性有着显著影响。目前压裂泵阀体、阀座钢件的表面强化方法主要集中在渗碳、碳氮共渗等传统【技术领域】，其耐磨耐蚀性远不能满足工况需求；热喷涂技术作为制备涂层的一种方法，广泛应用于航空航天、机械冶金、化工石油等领域，但热喷涂涂层表面粗糙疏松，内部存在微裂纹、缩孔等缺陷，导致涂层与基体间的结合强度很低，很容易出现开裂脱落现象；激光熔覆技术是改善金属表面性能的有效手段之一，近年来得到迅速发展，但其易产生裂纹及应力集中等问题，且对设备要求高，成本高。而真空熔覆涂层技术设备简单，原材料利用率高，成本低，涂层与基体形成良好的冶金结合，加热均匀性好，致密度高，内应力小，工艺稳定性高，从“适用”和“经济”两大原则来看，是制备重负载部件表面强化材料的首选技术。
[0004]采用真空熔覆的方法，以镍基自熔合金粉末为原料，添加不同含量的WC硬质增强相粉末，在压裂泵阀体、阀座钢件表面制备耐磨耐蚀耐冲击涂层；颗粒增强的合金用于表面涂层技术中，这种复合材料与基体之间产生冶金结合，可应用于多种金属基体上，使涂层的硬度、耐磨、耐蚀等性能大大提高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服压裂泵阀体、阀座在生产应用中遇到的磨损腐蚀等问题，提供一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法，采用真空熔覆的方法，以镍基自熔合金粉末为原料，添加不同含量的WC硬质强化相粉末，在压裂泵阀体、阀座钢件表面制备耐磨耐蚀耐冲击涂层；颗粒增强的合金用于表面涂层技术中，这种复合材料与基体之间产生很好的冶金结合，可应用于多种金属基体上，使涂层的硬度、耐磨、耐蚀等性能大大提高，从而有效的提闻阀体、阀座的使用寿命。
[0006]本发明采取以下技术方案:
[0007](I)工件表面预处理:清除待加工阀体，阀座表面的油污，杂质，氧化皮等；
[0008](2)配制粉末原料，所述配料组成按重量百分比为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 合金粉的成分为:Cr:15 ?18 %，Mo:l ?3 %，Fe:5 ?8 %，B:3 ?4.5 %，S1:3 ?5.5 %，C:0.5 ?
1.3% ,N1:余量；
[0009](3)制备混合粉末，按步骤(2)所述各粉末重量比称取粉末，滚动球磨混料时间为3?4个小时，形成混合粉末放入自封袋中待用；
[0010](4)将混合后的粉末与粘结剂混合搅拌均匀制成料浆，涂覆于工件表面，涂覆层厚度为0.5?3mm，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8?10个小时。待其干燥后可以进行简单修补，使涂层更加均匀完整；
[0011](5)将涂覆好的工件放入真空烧结炉中熔覆烧结，真空度<10_3Pa，缓慢升温至400°C，并保温一定时间以保证脱出涂层中的粘结剂，升温至1000°C时，缓慢升温至熔覆温度，保温I?5分钟后随炉冷却，完成熔覆涂层。
[0012]本发明的优点在于:本发明所制备的熔覆涂层致密度高，工件加热均匀性好，不易产生变形，不易氧化，且内应力小；将WC硬质强化相粉末加入镍基自熔合金粉末中，颗粒增强的合金用于表面涂层技术中，这种复合材料与基体之间产生很好的冶金结合，大大提高涂层的耐磨、耐蚀和耐冲击等性能，从而有效的提高阀体、阀座的使用寿命；且本发明工艺操作简单，原材料利用率高，成本低，工艺性能稳定，适合大规模生产。
【具体实施方式】
[0013]压裂泵阀体阀座所采用的材质一般为20CrMnTi渗碳钢，8620H合金结构钢，4145H合金结构钢等。
[0014]实施例1:
[0015](I)工件表面预处理:在涂覆粉末涂层之前清除20CrMnTi钢件表面的油污，杂质，
氧化皮等。
[0016](2)配制粉末原料，所述配料组成按重量百分比为WC粉10%，粒度为-325目，N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 90%，粒度为-200 目。
[0017](3)制备混合粉末，按步骤(2)所述各粉末重量比称取粉末，滚动球磨混料时间为3个小时，形成混合粉末放入自封袋中待用。
[0018](4)将混合后的粉末与粘结剂混合搅拌均匀制成料浆，涂覆于工件表面，涂覆层厚度为1_，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8个小时。待其干燥后可以进行简单修补，使涂层更加均匀完整。
[0019](5)将涂覆好的工件放入真空烧结炉中熔覆烧结，真空度为10_4Pa，缓慢升温至4000C，并保温一定时间以保证脱出涂层中的粘结剂，升温至1000°C时，缓慢升温至熔覆温度，保温5分钟后随炉冷却，完成熔覆涂层。
[0020]实施例2:
[0021](I)工件表面预处理:在涂覆粉末涂层之前清除8620H钢件表面的油污，杂质，氧化皮等。
[0022](2)配制粉末原料，所述配料组成按重量百分比为WC粉20%，粒度为-500目，N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 80%，粒度为-200 目。
[0023](3)制备混合粉末，按步骤(2)所述各粉末重量比称取粉末，滚动球磨混料时间为3个小时，形成混合粉末放入自封袋中待用。
[0024](4)将混合后的粉末与粘结剂混合搅拌均匀制成料浆，涂覆于工件表面，涂覆层厚度为2_，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8个小时。待其干燥后可以进行简单修补，使涂层更加均匀完整。
[0025](5)将涂覆好的工件放入真空烧结炉中熔覆烧结，真空度为10_4Pa，缓慢升温至4000C，并保温一定时间以保证脱出涂层中的粘结剂，升温至1000°C时，缓慢升温至熔覆温度，保温5分钟后随炉冷却，完成熔覆涂层。
[0026]实施例3:
[0027](I)工件表面预处理:在涂覆粉末涂层之前清除4145H合金结构钢表面的油污，杂质，氧化皮等。
[0028](2)配制粉末原料，所述配料组成按重量百分比为WC粉5%，粒度为-325目，N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C 合金粉末 95%，粒度为-200 目。
[0029](3)制备混合粉末，按步骤(2)所述各粉末重量比称取粉末，滚动球磨混料时间为3个小时，形成混合粉末放入自封袋中待用。
[0030](4)将混合后的粉末与粘结剂混合搅拌均匀制成料浆，涂覆于工件表面，涂覆层厚度为3_，放入真空干燥箱中在80°C下干燥8个小时。待其干燥后可以进行简单修补，使涂层更加均匀完整。
[0031](5)将涂覆好的工件放入真空烧结炉中熔覆烧结，真空度为10_4Pa，缓慢升温至4000C，并保温一定时间以保证脱出涂层中的粘结剂，升温至1000°C时，缓慢升温至熔覆温度，保温5分钟后随炉冷却，完成熔覆涂层。
【权利要求】
1.一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法，其特征是采用真空熔覆的方法，以镍基自熔合金粉末为原料，添加一定含量的WC硬质强化相粉末，在压裂泵阀体、阀座表面制备出具有高的耐磨耐蚀耐冲击性涂层；所用金属粉体配料组成按重量百分比为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 合金粉的成分为:Cr:15 ?18%，Mo:l ?3%，Fe:5 ?8%，B:3 ?4.5%，S1:3 ?5.5%，C:0.5 ?1.3% ,N1:余量。
2.按根据权利要求1所述的压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法，其特征在于工艺步骤如下: (1)工件表面预处理:清除待加工阀体，阀座表面的油污，杂质，氧化皮； (2)配制粉末原料，所述配料组成按重量百分比为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 合金粉的成分为:Cr:15 ?18 %，Mo:l ?3 %，Fe:5 ?8 %，B:3 ?4.5 %，S1:3 ?5.5 %，C:0.5 ?1.3% ,N1:余量； (3)制备混合粉末，按步骤(2)所述各粉末重量比称取粉末，滚动球磨混料时间2?6个小时，形成混合粉末放入自封袋中待用； (4)将混合后的粉末与粘结剂混合搅拌均匀制成料浆，涂覆于阀体、阀座接触表面，涂覆层厚度为0.5?3mm，放入真空干燥箱中在80°C下干燥5?10个小时；待其干燥后再进行简单修补，使涂层更加均匀完整； (5)将涂覆好的工件放入真空烧结炉中熔覆烧结，真空度<10_3Pa，缓慢升温至400°C，并保温一定时间以保证脱出熔覆涂层中的粘结剂；升温至1000°C时，缓慢升温至熔覆温度，保温I?5分钟后随炉冷却，完成熔覆涂层。
3.根据权利要求1所述的压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法，其特征在于所述的N1-Cr-Mo-Fe-B-S1-C合金粉末粒度为-200目，WC粉的粒度为-325目。
【文档编号】B22F7/08GK104162676SQ201410361282
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】郭志猛, 唐明忠, 宗朔通, 徐延龙, 许恩恩 申请人:北京科技大学