一种无序合金涂层强化阀座及泵制造技术

本实用新型专利技术提供一种无序合金涂层强化阀座及泵，所述无序合金涂层强化阀座包括阀座坯体及涂覆于所述阀座坯体壁面的无序合金涂层，所述无序合金涂层包括非晶合金和/或高熵合金，所述非晶合金为铁基非晶合金，所述高熵合金为FeCoNi基高熵合金。本实用新型专利技术的阀座坯体壁面涂覆有无序合金涂层，由于无序合金涂层具有较低的摩擦系数，良好的导热性能以及高的结合力，使无序合金涂层固定在阀座坯体表面，提高了阀座的耐磨和耐高压性能，延长使用寿命。延长使用寿命。延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种无序合金涂层强化阀座及泵


[0001]本技术涉及机械制造
，具体而言，涉及一种无序合金涂层强化阀座及泵。

技术介绍

[0002]石油钻探过程中经常会用到泥浆泵、压裂泵和柱塞泵等装置，而石油钻探一般在泥沙环境中进行，工作环境较为恶劣，并且泵体会产生高压，因此泵阀处于高压和磨砺的工况之中。阀座是连接泵体和泵阀的重要组件，属于易损件，而阀座损坏的主要原因为高压冲击和泥沙磨砺。一般阀座的材质选用合金钢，其硬度、强度、弹性和耐磨性不理想，使用过程中容易出现开裂、磨损等问题，使用寿命较短。
[0003]目前，常用的解决方案是改变阀座的材质，如整体选择碳化钨材质制作，或者在普通阀座坯体上镶嵌碳化钨材质，一方面制作成本较高，另一方面由于碳化钨本身脆性较大，使用过程中容易开裂，也不利于拆装和更换。

技术实现思路

[0004]本技术解决的问题是普通材质的阀座硬度、强度、弹性和耐磨性不理想，使用寿命短，而采用碳化钨材料制作或者镶嵌碳化钨的方式，会导致阀座成本较高，且脆性较大，拆装和更换困难。
[0005]为解决上述问题，本技术提供一种无序合金涂层强化阀座，包括阀座坯体及涂覆于所述阀座坯体壁面的无序合金涂层，所述无序合金涂层包括非晶合金和/或高熵合金，其中，所述非晶合金为铁基非晶合金，所述高熵合金为FeCoNi基高熵合金。
[0006]优选地，所述无序合金涂层厚度为0.3
‑
0.8mm。
[0007]优选地，所述无序合金涂层包括依次涂覆于所述阀座坯体壁面的打底层和保护层，所述打底层为所述非晶合金或所述高熵合金，所述保护层为所述非晶合金或所述高熵合金，所述打底层的厚度为0.05
‑
0.2mm，所述保护层的厚度为0.25
‑
0.6mm。
[0008]优选地，所述打底层为由所述非晶合金或所述高熵合金烧结形成的团聚型合金，所述团聚型合金的粒径为30
‑
100μm，所述保护层(22)为所述非晶合金或所述高熵合金，所述非晶合金或所述高熵合金的粒径为0.1
‑
10μm。
[0009]优选地，所述阀座坯体壁面设置有凹槽，所述凹槽的深度为0.05
‑
0.2mm。
[0010]优选地，所述凹槽至少包括弧形槽、矩形槽、锥形槽和燕尾槽的其中一种。
[0011]优选地，所述凹槽包括沿所述阀座坯体壁面周向设置的环形槽或沿所述阀座坯体壁面轴向设置的条形槽，其中所述环形槽与所述阀座坯体同轴设置，所述条形槽与所述阀座坯体的轴向平行。
[0012]优选地，所述铁基非晶合金包括Fe、Cr和B元素，还包括C、P和Si元素中的至少一种。
[0013]优选地，所述FeCoNi基高熵合金为AlCrFeCoNi、AlTiCrFeCoNi、AlSiCrFeCoNi、
CrFeCoNiSc、CrFeCoNiNb和CrFeCoNiMo合金中的一种。
[0014]本技术的阀座壁面涂覆有无序合金涂层，由于无序合金元素排列相对混乱，能够形成层片状的形变组织或共晶组织等比较精细致密的组织结构，因此无序合金涂层具有较低的摩擦系数，良好的导热性能以及高的结合力，无序合金涂层固定在阀座坯体表面能够提高了阀座的耐磨和耐高压性能，延长使用寿命；铁基非晶合金具有长程无序、短程有序的原子结构，没有晶体中的位错、晶界等缺陷，因此具有较高的强度和硬度，并且铁基非晶合金的成本也较低；FeCoNi基高熵合金机具有多种主元，合金中结合能力较强的元素容易发生键合，生成金属化合相，使合金的械性能良好，硬度高并且韧性较强，对涂覆材料包覆性能更好，能够显著提高阀座性能。
[0015]本技术的另一目的在于提供一种泵，所述泵包括上述无序合金涂层强化阀座，所述泵包括压裂泵、泥浆泵或柱塞泵。
[0016]本技术所述的泵通过使用上述无序合金涂层强化阀座，减少了使用过程中故障概率，节省维护时间和维护成本。
附图说明
[0017]图1为本技术实施例中阀座坯体示意图；
[0018]图2为本技术实施例中阀座坯体轴向截面图；
[0019]图3为本技术实施例中阀座坯体上凹槽沿周向设置的示意图；
[0020]图4为本技术实施例中阀座坯体上凹槽沿轴向设置的示意图；
[0021]图5为本技术实施例中凹槽结构的截面图。
[0022]附图标记说明：
[0023]1‑
阀座坯体；11
‑
凹槽；111
‑
弧形槽；112
‑
矩形槽；113
‑
锥形槽；114
‑
燕尾槽；2
‑
无序合金涂层；21
‑
打底层；22
‑
保护层。
具体实施方式
[0024]为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施例做详细的说明。
[0025]如图1
‑
2所示，本技术实施例提供一种无序合金涂层强化阀座，包括阀座坯体1及涂覆于所述阀座坯体1壁面的无序合金涂层2，无序合金涂层2包括非晶合金和/或高熵合金；非晶合金为铁基非晶合金；高熵合金为FeCoNi基高熵合金。阀座坯体1壁面包括内壁和外壁表面，阀座坯体1为环形结构，其中环状结构的内侧面为内壁，环状结构的外侧面为外壁。采用对阀座坯体1内壁和外壁表面均进行涂覆的涂覆方式，不仅有效避免了高压对阀座内壁的冲蚀，而且也避免外部环境中砂石等对阀座外壁的磨损，对阀座坯体1进行整体包覆也可以避免腐蚀性物质从涂层与阀座坯体1连接的缝隙进入涂层和阀座坯体1之间，导致阀座受损甚至涂层脱落。
[0026]由于无序合金元素排列相对混乱，能够形成层片状的形变组织或共晶组织等比较精细致密的组织结构，因此无序合金涂层摩擦系数较低、强度好、硬度高等特点，涂覆在阀座坯体的壁面，能够提高阀座的硬度、强度，减少磨损。其中，铁基非晶合金具有长程无序、短程有序的原子结构，具有更高的强度和硬度，并且成本更低，而FeCoNi基高熵合金具有多
种主元，合金中结合能力较强的元素容易发生键合，生成金属化合相，使合金的机械性能良好，硬度高并且韧性较强，能够提高阀座的硬度和韧性，避免磨损和裂开。
[0027]无序合金涂层2的厚度为0.3
‑
0.8mm。阀座属于易损件，无序合金涂层能够延长阀座的寿命，提升无序合金涂层厚度有助于进一步延长阀座的寿命，但减少涂层厚度能够节省成本，从阀座使用寿命和生产成本两方面综合考虑进行匹配，将无序合金涂层厚度控制在0.3
‑
0.8mm具有较高的性价比。
[0028]为了提高无序合金涂层2和阀座坯体1的结合能力以及对阀座的保护能力，无序合金涂层2包括依次涂覆于阀座坯体1壁面的打底层21和保护层22，其中，打底层21为非晶合金或高熵合金，保护层22为非晶合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无序合金涂层强化阀座，其特征在于，包括阀座坯体(1)及涂覆于所述阀座坯体(1)壁面的无序合金涂层(2)，所述无序合金涂层(2)包括非晶合金和/或高熵合金，其中，所述非晶合金为铁基非晶合金，所述高熵合金为FeCoNi基高熵合金。2.根据权利要求1所述的无序合金涂层强化阀座，其特征在于，所述无序合金涂层(2)的厚度为0.3
‑
0.8mm。3.根据权利要求2所述的无序合金涂层强化阀座，其特征在于，所述无序合金涂层(2)包括在所述阀座坯体(1)壁面依次涂覆的打底层(21)和保护层(22)，所述打底层(21)为所述非晶合金或所述高熵合金，所述保护层(22)为所述非晶合金或所述高熵合金，所述打底层(21)的厚度为0.05
‑
0.2mm，所述保护层(22)的厚度为0.25
‑
0.6mm。4.根据权利要求3所述的无序合金涂层强化阀座，其特征在于，所述打底层(21)为由所述非晶合金或所述高熵合金烧结形成的团聚型合金，所述团聚型合金的粒径为30
‑
100μm，所述保护层(22)为所述非晶合金或所述高熵合金，所述非晶合金或所述高熵合金的粒径为0.1
‑
10μm

【专利技术属性】
技术研发人员：王洋，王安伟，刘利军，杜珊，
申请(专利权)人：三一石油智能装备有限公司，
类型：新型
国别省市：