一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法
【專利摘要】一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法。采用真空熔覆的方法，以鎳基自熔合金粉末為原料，添加WC硬質強化相粉末，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：工件表面預處理—球磨混料—制成料漿—涂覆于工件表面—烘干—真空燒結。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％。本發明所制備的熔覆涂層致密度高，內應力小；涂層與基體之間產生很好的冶金結合，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；且本發明工藝操作簡單，原材料利用率高，成本低，工藝性能穩定，適合大規模生產。
【專利說明】一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬材料表面處理【技術領域】，具體涉及一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法。
技術背景
[0002]壓裂泵作為一種石油礦場設備，在作業過程中所處工況較其它常見機械設備更惡劣，其所承受工作載荷隨著壓裂壓力的不斷提高而越來越大，因此有必要提高壓裂泵關鍵零部件及易損件性能。其中壓裂泵閥體、閥座使用特點為:(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，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，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，導致其報廢，更換周期很短，影響生產效益，甚至造成整個產業工作面停產，經濟損失巨大。
[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、接觸狀態和工作介質等多種因素。其中不同的表面處理方式對其耐磨耐蝕性有著顯著影響。目前壓裂泵閥體、閥座鋼件的表面強化方法主要集中在滲碳、碳氮共滲等傳統【技術領域】，其耐磨耐蝕性遠不能滿足工況需求；熱噴涂技術作為制備涂層的一種方法，廣泛應用于航空航天、機械冶金、化工石油等領域，但熱噴涂涂層表面粗糙疏松，內部存在微裂紋、縮孔等缺陷，導致涂層與基體間的結合強度很低，很容易出現開裂脫落現象；激光熔覆技術是改善金屬表面性能的有效手段之一，近年來得到迅速發展，但其易產生裂紋及應力集中等問題，且對設備要求高，成本高。而真空熔覆涂層技術設備簡單，原材料利用率高，成本低，涂層與基體形成良好的冶金結合，加熱均勻性好，致密度高，內應力小，工藝穩定性高，從“適用”和“經濟”兩大原則來看，是制備重負載部件表面強化材料的首選技術。
[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硬質增強相粉末，在壓裂泵閥體、閥座鋼件表面制備耐磨耐蝕耐沖擊涂層；顆粒增強的合金用于表面涂層技術中，這種復合材料與基體之間產生冶金結合，可應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。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在于克服壓裂泵閥體、閥座在生產應用中遇到的磨損腐蝕等問題，提供一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法，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硬質強化相粉末，在壓裂泵閥體、閥座鋼件表面制備耐磨耐蝕耐沖擊涂層；顆粒增強的合金用于表面涂層技術中，這種復合材料與基體之間產生很好的冶金結合，可應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]本發明采取以下技術方案:
[0007](I)工件表面預處理:清除待加工閥體，閥座表面的油污，雜質，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 %，Fe: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，滾動球磨混料時間為3?4個小時，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個小時。待其干燥后可以進行簡單修補，使涂層更加均勻完整；
[0011](5)將涂覆好的工件放入真空燒結爐中熔覆燒結，真空度<10_3Pa，緩慢升溫至400°C，并保溫一定時間以保證脫出涂層中的粘結劑，升溫至1000°C時，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]本發明的優點在于:本發明所制備的熔覆涂層致密度高，工件加熱均勻性好，不易產生變形，不易氧化，且內應力小；將WC硬質強化相粉末加入鎳基自熔合金粉末中，顆粒增強的合金用于表面涂層技術中，這種復合材料與基體之間產生很好的冶金結合，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；且本發明工藝操作簡單，原材料利用率高，成本低，工藝性能穩定，適合大規模生產。

【具體實施方式】
[0013]壓裂泵閥體閥座所采用的材質一般為20CrMnTi滲碳鋼，8620H合金結構鋼，4145H合金結構鋼等。
[0014]實施例1:
[0015](I)工件表面預處理:在涂覆粉末涂層之前清除20CrMnTi鋼件表面的油污，雜質，
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，滾動球磨混料時間為3個小時，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個小時。待其干燥后可以進行簡單修補，使涂層更加均勻完整。
[0019](5)將涂覆好的工件放入真空燒結爐中熔覆燒結，真空度為10_4Pa，緩慢升溫至4000C，并保溫一定時間以保證脫出涂層中的粘結劑，升溫至1000°C時，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]實施例2:
[0021](I)工件表面預處理:在涂覆粉末涂層之前清除8620H鋼件表面的油污，雜質，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，滾動球磨混料時間為3個小時，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個小時。待其干燥后可以進行簡單修補，使涂層更加均勻完整。
[0025](5)將涂覆好的工件放入真空燒結爐中熔覆燒結，真空度為10_4Pa，緩慢升溫至4000C，并保溫一定時間以保證脫出涂層中的粘結劑，升溫至1000°C時，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]實施例3:
[0027](I)工件表面預處理:在涂覆粉末涂層之前清除4145H合金結構鋼表面的油污，雜質，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，滾動球磨混料時間為3個小時，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個小時。待其干燥后可以進行簡單修補，使涂層更加均勻完整。
[0031](5)將涂覆好的工件放入真空燒結爐中熔覆燒結，真空度為10_4Pa，緩慢升溫至4000C，并保溫一定時間以保證脫出涂層中的粘結劑，升溫至1000°C時，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。
【權利要求】
1.一種壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法，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硬質強化相粉末，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%，Fe:5 ?8%，B:3 ?4.5%，S1:3 ?5.5%，C:0.5 ?1.3% ,N1:余量。
2.按根據權利要求1所述的壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法，其特征在于工藝步驟如下: (1)工件表面預處理:清除待加工閥體，閥座表面的油污，雜質，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 %，Fe: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，滾動球磨混料時間2?6個小時，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個小時；待其干燥后再進行簡單修補，使涂層更加均勻完整； (5)將涂覆好的工件放入真空燒結爐中熔覆燒結，真空度<10_3Pa，緩慢升溫至400°C，并保溫一定時間以保證脫出熔覆涂層中的粘結劑；升溫至1000°C時，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.根據權利要求1所述的壓裂泵閥體、閥座真空熔覆表面強化方法，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】B22F7/08GK104162676SQ201410361282
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】郭志猛, 唐明忠, 宗朔通, 徐延龍, 許恩恩 申請人:北京科技大學