一种泥浆泵缸套用LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料，属于特种陶瓷及耐磨材料技术领域。该材料通过在高纯氧化铝粉体中引入板片状结构的LaMgAl11O19粉体和纳米SiC粉体，经混料、成型和高温烧结过程制备得到；通过调整LaMgAl11O19粉体和纳米SiC粉体的加入量来实现对Al2O3陶瓷的增韧补强，改善Al2O3陶瓷材料的硬度和断裂韧性，提高其耐磨损性能。所制得的LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料的耐常温液固两相磨粒磨损性能明显优于纯氧化铝陶瓷，可用作钻探设备中的泥浆泵缸套，提高缸套的耐磨损性能和使用寿命，满足钻井设备高效率钻探的生产要求。
【技术实现步骤摘要】
一种泥浆泵缸套用LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料，属于特种陶瓷及耐磨材料
技术介绍
随着浅层易开采的油气资源逐渐被采殆尽，油气资源的开发向深井、超深井钻探技术方向发展，勘探的难度以及成本也越来越大，同时对钻探设备和井下机具的使用寿命也提出了更高的要求。泥浆泵是钻井泥浆循环系统的关键设备，相当于钻井设备的心脏。它的主要作用是向井底输送高压泥浆，以便冷却钻头、冲洗井底，并带走钻探过程中产生的岩屑，进而辅助钻头钻进。泥浆泵服役工况条件十分恶劣，在工作过程中，泥浆泵输送的是一 种含砂、高压，有一定粘度、密度和腐蚀性的碱性钻井液介质，其使用性能的好坏会对钻井的速度和质量产生直接影响，一旦失效就得停钻维修或更换零件，极大地影响了钻进的效率，给油气钻探行业造成较大经济效益。缸套是钻井泵的关键易损件，泥浆泵通过活塞在缸套里的往复运动将泥浆液输送到井底，缸套和活塞是泵压的直接承受部件。在工作过程中泥浆泵缸套一般要承受15MPa以上的压力，泥沙含量高，pH值为10 12，缸套直接受到磨料磨损和介质腐蚀的双重作用，当磨损量达O. 2 O. 3mm时，造成泥浆泄漏，泵压下降，导致缸套损毁。。特别是现代泥浆泵发展到大功率、大排量、高压力后，所输送的泥浆液成分也变得复杂，因此，延长泥浆泵缸套等易损部件的使用寿命是提高钻探设备工作稳定性和钻探效率必须解决的技术难题。随着我国经济的快速发展和日益严峻的能源形势，要求能源地质勘探工作量迅速增长，对钻探设备的长使用寿命提出了更高的要求。缸套一活塞是钻井设备中重要的摩擦密封副，泥浆泵缸套作为井下机具中较为容易失效的零部件之一，用作其滑动摩擦副的材料除了要有良好的力学性能，还要求耐高压、耐腐蚀和耐磨损。目前，泥浆泵缸套主要采用高耐磨铸铁、耐磨合金钢、硬质合金等金属基材料,但金属基材料抗磨损性能较差、耐腐蚀性差(特别在中高温使用条件下)、使用寿命较短，已不能很好地满足高效率钻探的连续化生产要求。近年来以Al203、Zr02、Sialon等为代表的高硬度陶瓷材料由于具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、耐高温以及摩擦系数小等特点而引起了人们的关注。高硬度结构陶瓷材料在钻探设备中耐磨材料领域的应用方面已取得了一定的进展，泥浆泵陶瓷缸套的使用寿命可达普通金属缸套的2 5倍左右。在耐磨陶瓷材料中，Al2O3陶瓷是一种成本低廉且应用较为广泛的耐磨损材料，具有机械强度高，抗腐蚀性好，耐磨损等优良性能，但用作油气钻探技术中的耐磨材料，其突出缺点是韧性低，硬度欠佳，抗冲击性能差，容易产生脆性断裂。因此,本专利技术通过在氧化铝陶瓷基体中添加板片状结构的LaMgAl11O19粉体和纳米SiC粉体，通过LaMgAl11O19片状晶和纳米SiC粒子的协同作用以实现对Al2O3陶瓷的增韧补强，提高氧化铝陶瓷材料的韧性和耐磨损性能，用作钻探设备中泥浆泵缸套，是油气钻探
一种新型的耐磨陶瓷材料。
技术实现思路
本专利技术提出了在氧化铝中添加板片状结构的LaMgAl11O19粉体和纳米SiC粉体制备出具有良好耐磨损性能的LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料。通过调整LaMgAl11O19粉体和纳米SiC粉体的加入量，产生较好的增韧补强作用，提高其耐磨粒磨损性能。一种泥浆泵缸套用LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料，其特征在于以板片状结构的LaMgAl11O19粉体、纳米SiC粉体(粒径为O. 01 O. 8 μ m)和氧化铝粉体(纯度彡99. 9%，粒径< 5μπι)为原料，将三种原料按比例配料后先湿法球磨8h-30h，然后经干燥处理得到混合料的粉体，采用干压或者注浆成型法得到坯体，再经过150-300MPa冷等静压处理得到生坯，生坯在1400°C -1700°C保温2h-40h进行烧结，自然冷却到室温制得LaMgAl11O19-SiC-Al2O3 复相陶瓷材料。根据权利要求书I所述的泥浆泵缸套用LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料，其特征在于所述的LaMgAl11O19粉体原料是以Mg(OH)2、Al (OH)3和La2O3为原料(均为化学 分析纯)，采用高温固相合成法在1400°C _1650°C保温2h-20h合成得到的，其添加量为5-20wt% ;纳米SiC粉体为市购获得，其添加量为3-12wt%。采用本专利技术制备得到的LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料抗弯强度最高可达680MPa，断裂韧性最高可达5. 64MPa · m1/2，维氏硬度最高达12. 7GPa，其耐常温液固两相磨粒磨损性能明显优于纯氧化铝陶瓷，可代替油气钻探行业中的耐磨铸铁、耐磨合金钢及硬质合金等耐磨金属材料用作钻探设备中的泥浆泵缸套。具体实施例方式实施例I :用分析纯的Al (OH) 3、Mg (OH) 2、La2O3作为实验原料，按LaMgAl11O19化学计量比设计配料，然后球磨12h取出并干燥、分别在1550°C条件下保温4h合成粉体，合成后的粉体经粉碎研磨制得板片状结构的LaMgAl11O19粉体。以制备得到的LaMgAl11Oli^v体、纳米SiC粉体和高纯氧化铝粉体为原料，按照LaMgAl11O19粉体纳米SiC粉体，Al2O3粉体92wt%的配方进行配料,球磨8h,球磨混合后经干燥处理得到粉体在25MPa条件下干压成型，在经过ISOMPa冷等静压处理得到生坯，生坯在1600°C的条件在保温4 · h无压烧结，自然冷却到室温，即可得到耐磨损的LaMgAl11O19-SiC-Al2O3 复相陶瓷材料。所制得的LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料的主要性能指标抗弯强度356MPa，断裂韧性最高可达4. 84MPa *m1/2 ;在MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机上加载40N的砝码，以40 70目的石英砂为磨料进行磨粒磨损实验，经12800转(橡胶轮直径为17. 8cm)磨损后其磨损率为O. 46%。实施例2:用分析纯的Al (OH) 3、Mg (OH) 2、La2O3作为实验原料，按LaMgAl11O19化学计量比设计配料，然后球磨20h取出并干燥、分别在1600°C条件下保温IOh合成粉体，合成后的粉体经粉碎研磨制得板片状结构的LaMgAl11O19粉体。以制备得到的LaMgAl11O19粉体、纳米SiC粉体和高纯氧化铝粉体为原料，按照LaMgAl11O19粉体IOwt 5wt %纳米SiC粉体，Al2O3粉体85wt %的配方进行配料，球磨12h，球磨混合后经干燥处理得到粉体注浆成型，在经过250MPa冷等静压处理得到生坯，生坯在1550°C的条件在保温IOh无压烧结，自然冷却到室温，即可得到耐磨损的LaMgAl11O19-SiC-Al2O3 复相陶瓷材料。所制得的LaMgAl11O19-SiC-Al2O3复相陶瓷材料的主要性能指标抗弯强度472MPa，断裂韧性最高可达5. 30MPa · m1/2，以在MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机上加载40N的砝码，以40 70目的石英砂为磨料进行磨粒磨损实验，经12800转(橡胶轮直径为17. 8cm)磨损后其磨损率为O. 42%。实施例3:用分析纯的Al (本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种泥浆泵缸套用LaMgAl11O19？SiC？Al2O3复相陶瓷材料，其特征在于：以板片状结构的LaMgAl11O19粉体、纳米SiC粉体(平均粒径为0.01～0.8μn)和高纯氧化铝粉体(纯度≥99.9％，粒径≤5μm)为原料，将三种原料按比例配料后先湿法球磨8h？30h，然后经干燥处理得到混合料的粉体，采用干压或者注浆成型法得到坯体，再经过150？300MPa冷等静压处理得到生坯，生坯在1400℃？1700℃保温2h？40h进行烧结，自然冷却到室温，制得LaMgAl11O19？SiC？Al2O3复相陶瓷材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐浩，房明浩，闵鑫，黄朝晖，刘艳改，刘书跃，文瑞龙，唐潮，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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