[发明专利]一种无序合金涂层强化阀座及其制备方法、泵

说明书

本发明提供一种无序合金涂层强化阀座及其制备方法、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。本发明采用无序合金涂层对阀座坯体壁面进行涂覆，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较高的结合力，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。

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体而言，涉及一种无序合金涂层强化阀座及其制备方法、泵。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为解决上述问题，本发明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。

优选地，所述无序合金涂层的厚度为0.3-0.8mm。

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。

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。

优选地，所述FeCoNi基高熵合金包括AlCrFeCoNi、AlTiCrFeCoNi、AlSiCrFeCoNi、CrFeCoNiSc、CrFeCoNiNb和CrFeCoNiMo合金中的一种。

本发明提供的无序合金涂层强化阀座相较于现有技术具有的有益效果如下：

本发明采用无序合金涂层对阀座坯体壁面进行涂覆，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较高的结合力，无序合金涂层涂敷在阀座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，对涂覆材料包覆性能更好，显著提高阀座性能。

本发明的另外一个目的在于提供一种无序合金涂层强化阀座的制备方法，包括：

S1、按照阀座设计尺寸对所述阀座坯体进行加工，并对所述阀座坯体进行整体渗碳淬火处理，加工过程中在阀座坯体壁面区域单边留出0.3-0.8mm涂层余量，其它区域均达到阀座设计要求；

S2、对所述阀座坯体壁面进行毛化处理；

S3、用金属粉末配制所述非晶合金混合粉末和所述高熵合金混合粉末中的至少一种；