一种镍基陶瓷缸套及其粉末冶金制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法。
【背景技术】
[0002] 在复杂、恶劣工况条件下，钻井栗缸套易发生早期失效，致使钻井成本居高不下。 研究发现，耐磨性不足是主要原因。为了提高缸套的耐磨性，现有技术中常采用陶瓷材料， 但陶瓷材料易碎的性质影响了缸套的使用寿命。此外，双金属缸套的耐磨性比普通缸套好， 但国内的使用寿命仅有200~400小时。近年来，在深井、硬岩层、海洋钻探等复杂地质条件 下钻井，大力推广的高栗压和大排量条件下的喷射钻井技术对钻进栗缸套的耐磨性、耐蚀 性提出了更高的要求。
[0003] 中国专利CN2014105004278公开了一种耐磨耐腐蚀增韧陶瓷缸套及其制备方法， 所述缸套由氧化锆、氧化铝、碳化硅、铬粉、钼粉、镍粉和分散剂组成，并经球磨混合、喷雾造 粒、静压成型、烧结过程制得。与现有技术相比具有以下技术效果：第一、缸套的耐磨性和韧 性增强，使用寿命延长；第二、缸套耐腐蚀性增强，可适应海洋钻探。但是上述技术方案存在 以下不足：（1)缸套质地不够均匀，材料中存在空隙，从而影响其强度；（2)缸套中金属粉末 与非金属粉末混合不够充分，从而不能完全发挥陶瓷的优势。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题：为了获得一种质地均匀，韧性强、耐腐蚀性能强的缸套， 本发明提供了 一种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种镍基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：镍粉23~45份、碳化硅12~25份、 氮化娃6~11份、二氧化娃8~17份、钛粉6~13份、娃酸错5~12份、氧化错4~11份、分散剂 7~19 份、水 24~39 份。
[0006] 作为本发明的一种优选方案，所述镍基陶瓷缸套由以下原料按重量份数配比制 成：镍粉41份、碳化硅19份、氮化硅8份、二氧化硅14份、钛粉11份、硅酸锆9份、氧化锆 8份、分散剂15份、水34份。
[0007] -种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤： (1) 将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比 1~1. 2:1. 1~1. 5加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨3~5小时； (2) 将步骤（1)制得的混合物进行干燥，喷雾制粒； (3) 将步骤（2)获得的粉末混合物、镍粉、钛粉、硅酸锆和氧化锆细粉置于混料装置内， 利用压力为1. 3~1. 9MPa的高压气体将上述粉末吹起，6~13分钟后停止通入高压气体，各 粉末共同沉积并均匀混合； (4) 将步骤（3)获得的原料混合物等静压成型，制成坯体； (5) 高温烧结步骤（4)获得的坯体，烧结温度为1480-1670°C，烧结时间为2. 5~5. 5小 时。
[0008] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（1)中将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加 入球磨机中，研磨过程中按质量比1. 1:1. 3加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨4. 5 小时。
[0009] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（3)中将步骤（2)获得的粉末混合物、镍 粉、钛粉、硅酸锆和氧化锆细粉置于混料装置内，利用压力为1. 6MPa的高压气体将上述粉 末吹起，11分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合。
[0010] 作为本发明的一种优选技术方案，步骤（5)中高温烧结步骤（4)获得的坯体，烧结 温度为1590°C，烧结时间为4小时。
[0011] 有益效果 与现有技术相比，本发明具有以下优点： (1) 本发明所述的镍基陶瓷缸套质地均匀，韧性强、耐腐蚀性能强； (2) 本发明所述镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法工艺流程简单、耗能少。
【具体实施方式】
[0012] 实施例1 一种镍基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：镍粉23份、碳化硅12份、氮化硅 6份、二氧化硅8份、钛粉6份、硅酸锆5份、氧化锆4份、分散剂7份、水24份。
[0013] -种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤： (1) 将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1:1. 1加入 水，充分混合后加入分散剂，继续球磨3小时； (2) 将步骤（1)制得的混合物进行干燥，喷雾制粒； (3) 将步骤（2)获得的粉末混合物、镍粉、钛粉、硅酸锆和氧化锆细粉置于混料装置内， 利用压力为1. 3MPa的高压气体将上述粉末吹起，6分钟后停止通入高压气体，各粉末共同 沉积并均匀混合； (4) 将步骤（3)获得的原料混合物等静压成型，制成坯体； (5) 高温烧结步骤（4)获得的坯体，烧结温度为1480°C，烧结时间为2. 5小时。
[0014] 实施例2 一种镍基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：镍粉41份、碳化硅19份、氮化硅 8份、二氧化硅14份、钛粉11份、硅酸锆9份、氧化锆8份、分散剂15份、水34份。
[0015] -种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤： (1) 将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1. 1:1. 3加 入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨4. 5小时； (2) 将步骤（1)制得的混合物进行干燥，喷雾制粒； (3) 将步骤（2)获得的粉末混合物、镍粉、钛粉、硅酸锆和氧化锆细粉置于混料装置内， 利用压力为1. 6MPa的高压气体将上述粉末吹起，11分钟后停止通入高压气体，各粉末共 同沉积并均匀混合； (4) 将步骤（3)获得的原料混合物等静压成型，制成坯体； (5) 高温烧结步骤（4)获得的坯体，烧结温度为1590°C，烧结时间为4小时。
[0016] 实施例3 一种镍基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：镍粉45份、碳化硅25份、氮化硅 11份、二氧化硅17份、钛粉13份、硅酸锆12份、氧化锆11份、分散剂19份、水39份。
[0017] -种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤： (1) 将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1. 2:1. 5加 入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨5小时； (2) 将步骤（1)制得的混合物进行干燥，喷雾制粒； (3) 将步骤（2)获得的粉末混合物、镍粉、钛粉、硅酸锆和氧化锆细粉置于混料装置内， 利用压力为1. 9MPa的高压气体将上述粉末吹起，13分钟后停止通入高压气体，各粉末共 同沉积并均匀混合； (4) 将步骤（3)获得的原料混合物等静压成型，制成坯体； (5) 高温烧结步骤（4)获得的坯体，烧结温度为1670°C，烧结时间为5. 5小时。
[0018] 对上述实施例1~3制备获得的镍基陶瓷缸套进行检测，其中，对比例采用高铬合 金铸铁缸套，锈蚀情况是应用于海洋钻探中500小时后统计，结果如下：
【主权项】
1. 一种镍基陶瓷缸套，其特征在于，由以下原料按重量份数配比制成：镍粉23~45份、 碳化硅12~25份、氮化硅6~11份、二氧化硅8~17份、钛粉6~13份、硅酸锆5~12份、氧化锆 4~11份、分散剂7~19份、水24~39份。2. 根据权利要求1所述一种镍基陶瓷缸套，其特征在于，由以下原料按重量份数配比 制成：镍粉41份、碳化硅19份、氮化硅8份、二氧化硅14份、钛粉11份、硅酸锆9份、氧化 锆8份、分散剂15份、水34份。3. 权利要求1所述一种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，包含以下步 骤： (1) 将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比 1~1. 2:1. 1~1. 5加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨3~5小时； (2) 将步骤（1)制得的混合物进行干燥，喷雾制粒； (3) 将步骤（2)获得的粉末混合物、镍粉、钛粉、硅酸锆和氧化锆细粉置于混料装置内， 利用压力为I. 3~1. 9 MPa的高压气体将上述粉末吹起，6~13分钟后停止通入高压气体，各 粉末共同沉积并均匀混合； (4) 将步骤（3)获得的原料混合物等静压成型，制成坯体； (5) 高温烧结步骤（4)获得的坯体，烧结温度为1480-1670°C，烧结时间为2. 5~5. 5小 时。4. 根据权利要求3所述一种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤（1) 中将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1. 1:1. 3加入水， 充分混合后加入分散剂，继续球磨4. 5小时。5. 根据权利要求3所述一种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤（3) 中将步骤（2)获得的粉末混合物、镍粉、钛粉、硅酸锆和氧化锆细粉置于混料装置内，利用压 力为I. 6 MPa的高压气体将上述粉末吹起，11分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积 并均匀混合。6. 根据权利要求3所述一种镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤（5) 中高温烧结步骤（4)获得的坯体，烧结温度为1590°C，烧结时间为4小时。
【专利摘要】本发明公开了一种镍基陶瓷缸套及其粉末冶金制备方法，由以下原料按重量份数配比制成：镍粉23~45份、碳化硅12~25份、氮化硅6~11份、二氧化硅8~17份、钛粉6~13份、硅酸锆5~12份、氧化锆4~11份、分散剂7~19份、水24~39份。与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）本发明所述的镍基陶瓷缸套质地均匀，韧性强、耐腐蚀性能强；（2）本发明所述镍基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法工艺流程简单、耗能少。
【IPC分类】C22C32/00, C22C29/00, C22C19/03, C22C1/05
【公开号】CN105112726
【申请号】CN201510533831
【发明人】刘莉, 王爽, 邱晶, 刘晓东, 黄明明
【申请人】苏州莱特复合材料有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月27日