氧化锆复相陶瓷阀座及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械设备，特别是涉及一种氧化锆复相陶瓷阀座及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在石油钻探工程中，泥浆泵阀处于高压磨砺性介质中工作，阀座与阀体接触的工作面既是密封副又是摩擦副，是影响泵阀寿命的主要易损部件，阀座寿命低，不仅造成原材料的大量消耗，而且极大地影响了钻井的工作效率。目前阀座的平均寿命约为200小时，为此，曾经做了很多研宄，如在阀体的工作锥面粘结了一层工程塑料环，使常用的两金属工作锥面接触变为金属与非金属工作锥面接触，因而消除了金属面摩擦剪口对密封圈的损害，增强了工作面抗磨损的能力，减小了阀关闭时对阀座的冲击力，从而延长了泵阀使用寿命。但是，单独只改进了阀体，并不能有效的延长阀座的使用寿命。
【发明内容】
[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧化锆复相陶瓷阀座及其制备方法，用于解决现有技术中阀体使用寿命短的问题。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氧化锆复相陶瓷阀座，所述阀座的顶部设置锥孔，所述阀座的下部设置第一导向定位孔和第二导向定位孔，所述第一导向定位孔的内径大于所述第二导向定位孔；所述锥孔的锥面上镶嵌陶瓷，所述陶瓷为氧化锆复相陶瓷。
[0005]根据本发明实施方式之一，所述锥面上，所述氧化锆复相陶瓷的面积占所述锥面面积的5-95%。
[0006]优选的，所述锥面的角度为50-60度。
[0007]根据本发明另一实施方式，所述氧化锆复相陶瓷，主要由以下质量份数的原材料制备而成:氧化锆40-55份、氧化铝2-6份、氧化钇1-4份以及占氧化锆质量百分比
0.2-0.8%的氧化镧。
[0008]优选的，所述氧化锆复相陶瓷的制备方法为将氧化锆、氧化铝、氧化钇和氧化镧按比例混合，然后加入固含量55-70 wt%的去离子水和1-2 wt%的分散剂，经球磨混合14-24小时，喷雾干燥制成粒径50-120 μπι的造粉粒，然后将所述造粉粒加入模具中，压制成坯体，烧制，即得氧化锆复相陶瓷环。
[0009]进一步优选的，所述分散剂为聚丙烯酸铵。
[0010]进一步优选的，所述氧化锆复相陶瓷烧制时，以30_120°C /小时的速率升温，至1300-1380°C，保温 1-2 小时。
[0011]根据本发明再一实施方式，所述氧化锆复相陶瓷阀座的制备方法，主要包括如下步骤:
(1)在金属阀座的锥面内开设镶嵌所述氧化锆复相陶瓷的槽；
(2)将所述氧化错复相陶瓷环研磨成型，研磨时，按过盈量0.1-0.5mm研磨外圆； (3)将步骤(I)处理后的金属阀座预热至200-450°C，然后热装所述氧化锆复相陶瓷环；
(4)加工锥面，即得所述氧化锆复相陶瓷阀座。
[0012]步骤(2)中，过盈量0.1-0.5_是指研磨至所述氧化锆复相陶瓷环的外径大于所述槽的最大内径的尺寸为0.1-0.5mm。
[0013]根据本发明所述氧化锆复相陶瓷阀座的制备方法，主要包括如下步骤:
(1)在金属阀座的锥面内开设镶嵌所述氧化锆复相陶瓷的槽；
(2)将所述氧化错复相陶瓷环研磨成型，研磨时，按过盈量0.1-0.5mm研磨外圆；
(3)将步骤(I)处理后的金属阀座预热至200-450°C，然后热装所述氧化锆复相陶瓷环；
(4)加工锥面，即得所述氧化锆复相陶瓷阀座。
[0014]步骤(2)中，过盈量0.1-0.5_是指研磨至所述氧化锆复相陶瓷环的外径大于所述槽的最大内径的尺寸为0.1-0.5mm。
[0015]本发明还提供了一种氧化锆复相陶瓷，主要由以下质量份数的原材料制备而成:氧化错40-55份、氧化铝2-6份、氧化纪1-4份以及占氧化错质量百分比0.2-0.8%的氧化镧。
[0016]优选的，所述氧化锆复相陶瓷的制备方法为将氧化锆、氧化铝、氧化钇和氧化镧按比例混合，然后加入固含量55-70 wt%的去离子水和1-2 wt%的分散剂，经球磨混合14-24小时，喷雾干燥制成粒径50-120 μπι的造粉粒，然后将所述造粉粒加入模具中，压制成坯体，烧制，即得氧化锆复相陶瓷环。
[0017]进一步优选的，所述分散剂为聚丙烯酸铵。
[0018]进一步优选的，所述氧化锆复相陶瓷烧制时，以30_120°C /小时的速率升温，至1300-1380°C，保温 1-2 小时。
[0019]试验证明，本发明所述氧化锆复相陶瓷的平面应变断裂韧度Klc为8-10MPam，断裂强度550-800Mpa，耐磨蚀约为金属的20倍。
[0020]由氧化镧-氧化锆二元相图可知，氧化镧在氧化锆中的溶解度小于1.0% (摩尔分数)，随着氧化镧含量的增加，则有更多的单斜相产生，添加占氧化锆质量百分比0.2-0.8%的氧化镧，在烧结过程中，氧化镧和氧化铝反应，生成了位于晶界上的LaAl11O18,明显印制了氧化铝和氧化锆陶瓷晶粒的生长，同时可以降低复相陶瓷的烧结温度，改善显微组织，提高力学性能。另外，在高温形成的LaYZr固溶体，在1300-1380°C热处理后，有利于四方相的稳定性。
[0021]如上所述，本发明的氧化锆复相陶瓷阀座及其制备方法，具有以下有益效果:在阀座的锥面上镶嵌氧化锆复相陶瓷之后，可以使阀座的寿命从原来的200小时提高至2000小时以上，提高钻井效率，降低钻井成本，减少工人维修的劳动强度。
【附图说明】
[0022]图1显示为本发明实施例4的中间体结构示意图(步骤I开设L形槽之后)。
[0023]图2显示为本发明氧化锆复相陶瓷阀座的结构示意图。
[0024]图中I为锥孔、11为锥面、111为陶瓷、2为第一定位孔、3为第二定位孔、101为L形槽。
【具体实施方式】
[0025]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0026]须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。
[0027]此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0028]实施例1
称量氧化锆40Kg，氧化钇lKg，氧化铝6Kg，氧化镧320g，加入上述固体原料60wt%的水和2wt%的聚丙烯酸铵，然后置于球磨机中混合14小时。球磨后的浆料经喷雾干燥制得粒径为70 μ m的造粉粒，然后将所述造粉粒加入模具中，置于湿式等静压机中，于250MPa压力下成型，修坯后的坯体装入与成型体等高的匣钵中，在高温炉中，以100°C /小时的速率升温，