[发明专利]一种聚晶金刚石复合体减压阀阀座的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚晶金刚石复合体减压阀阀座的制造方法，具体涉及石油、化工、煤化工等高温、高压差、含固体颗粒等工况条件下使用的耐磨损、抗冲蚀减压阀阀座复合材料的制备方法。

背景技术

聚晶金刚石复合体(Polycrystalline Diamond Composite，PDC)或聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond，PCD)作为一种超硬、抗磨复合材料在石油钻采、地质勘探的钻头和机加工领域中的切削刀具、拉丝摸、修整器以及其他各种耐磨器件上已得到广泛应用。早期PDC产品主要是以美国G.E公司原位烧结的Compax和英国DeBeers公司采用中介过度层的Sydite为代表，其制造方法是以既具有良好的韧性和一定硬度，同时与PCD材料又有某些兼容性的硬质合金材料为衬底，或将金刚石微粉在超高压高温下一次性烧结在硬质合金基底上；或利用中介过渡层的粘结剂金属熔融扩散到PCD层和硬质合金表面，借助压力的作用将PCD与硬质合金牢固地粘结在一起。然而，到目前为止尚未发现将这一超硬复合材料的制造技术应用到化工领域，特别是高温、高压差、高固体颗粒含量工况条件下运行的关键装备上的专利及文献报导。

从材料学的观点看，对于钴扩散式PDC复合材料，碳化钨-钴层和PCD层的界面两侧均属于双相陶瓷材料，而两层材料都是以金属钴作为粘结相，成功的液相烧结主要取决于固-液两相相互润湿的程度。根据金属-陶瓷的结合原理，只要二者具有中等润湿程度，就应具有很好的粘结作用。因此，利用PCD的高硬度、高耐磨性、高弹性模量和抗冲击性能，制备成减压阀阀座，从而实现提高设备使用寿命的目的。

美国橡树岭国家实验室(ORNL)曾经对华盛顿洲的Fort Lewis和亚拉巴马州的Wilsonville的SRC工艺装置、肯塔基州的Ashland的H-Coal工艺试验厂、得克萨斯洲的Baytown的EDS工艺试验厂等四家中试装置，在高温、高压差、含固体颗粒介质等工况条件下使用的减压阀作过综合分析，其阀座材料为316不锈钢和Kennametal公司的K-703、K-602和K-701碳化钨等材料，阀寿命仅为几小时至1000小时。

美国FLOWSERER调节阀的阀芯、阀座均为整体碳化钨材料，在高温、高压差、含固体颗粒物料工艺条件下仅仅使用几十小时后，阀芯出现严重磨损而失效。

日本YAMATAKE公司提供的产品LV2201减压阀，阀座采用聚晶金刚石结构，在上述工艺条件下仅用了400多小时，阀座出现脆性破裂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够在高温、高压差、高含固体颗粒工况条件下使用的耐磨损、抗冲蚀、长寿命的聚晶金刚石复合体减压阀阀座的制造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种聚晶金刚石复合体减压阀阀座的制造方法，其特征在于，该方法以硬质合金为基体，将该基体加工成圆筒状，把配比好的原料金刚石粉末称重，放入真空净化装置内，进行真空净化处理，去除吸附在金刚石粉末表面的悬浮气体，在净化好的原料金刚石粉末中加入助烧剂，混拌均匀得到金刚石混合料，再将加工好的基体硬质合金圆筒装入金属钼杯中，硬质合金圆筒内或筒内及一个端面装入金刚石混合料，然后组装在叶蜡石腔体内，再将组装好的叶蜡石腔体，置放在六面顶超高压高温设备上，采用先升压5.8～6.2Gpa，再升温的烧结工艺，当温度升到1450～1500℃时，烧结10～15min，停热卸压快速冷却，制得原位烧结而成的聚晶金刚石复合体烧结体，再将该烧结体，经过表面修磨、抛光，并在聚晶金刚石层中心纵向开孔即得产品。

所述的硬质合金为钨(W)-钴(Co)类硬质合金，包括YG20、YG11或YG15。

所述的基体为圆筒型结构，其内径为Φ8～10mm，圆筒外径为Φ14～16mm。

所述的金刚石粉末为粒度不同的晶型完整的金刚石微粉混合物，金刚石微粉的粒度配比为W20∶W10∶W5＝(70～80)∶(25～15)∶5。

所述的金刚石微粉的粒度配比为W20∶W10∶W5＝75∶20∶5。

所述的真空净化处理的条件为：压力为(1～5)×10^-3Pa、温度为580～650℃，净化0.8～1.2h。

所述的真空净化处理的条件为：压力为(1～3)×10^-3Pa、温度为600～620℃，净化1h。

所述的助烧剂是Fe粉和Si粉的混合物，其含量为金刚石粉末的1～5wt％。