[發明專利]一種碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套及其制備方法

在審

• 申請號: 201610466620.3
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN107541634A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 毛剛強;吳玉安
• 申請（專利權）人: 北京海洋潤達石油設備有限公司
• 主分類號: C22C29/00
• 分類號: C22C29/00;B22F1/00;B22F5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套，尤其是一種韌性高、耐磨性強、可廣泛用于油田鉆井工程的碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套及其制備方法。

背景技術

鉆井泥漿泵是油田鉆井用于輸送鉆井泥漿的重要設備，缸套作為泥漿泵的易損部件，它的壽命直接影響到鉆井效率和鉆井成本，近年來，在深探井、海洋鉆探井、花崗巖層、等復雜地質條件下的鉆井作業，需要高泵壓和大排量條件下的鉆井泥漿泵在現場應用。高耐磨性、耐蝕性好的缸套成為我們的迫切需求。

碳化硅陶瓷因其具有優良的高溫強度、耐磨耐腐蝕性能以及抗熱震性而得到越來越廣泛的應用，碳化硅陶瓷在材料領域發揮著越來越重要的作用。

目前市場上的碳化硅陶瓷的高溫強度、耐磨耐腐蝕性能依然不能達到油田鉆井的要求。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種韌性高、耐磨性強、可廣泛用于油田鉆井工程的碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套及其制備方法。

實現本發明目的之一的一種碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套，其原料種類及構成比例如下：碳化硅30-36wt％、氧化鋯20-25wt％、氧化鋁16-20wt％、鉻粉13-18wt％、鉬粉6-10wt％、氧化鈰粉5-8wt％、鎳粉6-8wt％、氧化釔3-5wt％、分散劑8-10wt％。

實現本發明目的之二的一種碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套的制備方法，其制備步驟如下：將原料按上述比例備料并充分混合后，原料與水以1∶2的比例加入陶瓷球磨機，陶瓷球磨機轉速20-30r/min，球磨8-10個小時形成粗體；

球磨后的粗體過篩250目，噴霧干燥，造粒成粉；

造粒等靜壓成型為陶瓷毛坯，等靜壓的壓力為200-280MPa，保壓時間為8-12分鐘；

高溫燒結，燒結溫度為1650-1780℃，保溫時間4-6.5小時，升溫速度為3℃/min，并在1350℃保溫1.5小時，在降溫過程中不得高于2℃/min降溫到500℃，制得相對密度達到96％的精細碳化硅復合陶瓷增韌耐磨材料；

將精細碳化硅復合陶瓷增韌耐磨材料內外圓珩磨加工，熱鑲嵌金屬外套，按圖紙型號加工金屬外套，生產出碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套。

本專利所述的一種碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套及其制備方法，將碳化硅、氧化鋯與氧化鋁等按一定比例混合后，通過精確的工藝控制，實現優勢互補，添加一定比例的燒結助劑，按工藝流程球磨混合、造粒、成型、燒結生產出耐磨損、耐腐蝕、耐酸堿，高性能的用于泥漿泵的陶瓷缸套，韌性高、耐磨性強，可廣泛用于油田鉆井工程中。

附圖說明

圖1為本發明的碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套與國內常規陶瓷缸套性能指標的對比圖。

具體實施方式

實現本發明目的之一的一種碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套，其原料種類及構成比例如下：碳化硅30-36wt％、氧化鋯20-25wt％、氧化鋁16-20wt％、鉻粉13-18wt％、鉬粉6-10wt％、氧化鈰粉5-8wt％、鎳粉6-8wt％、氧化釔3-5wt％、分散劑8-10wt％。

實現本發明目的之二的一種碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套的制備方法，其制備步驟如下：將原料按上述比例備料并充分混合后，原料與水以1∶2的比例加入陶瓷球磨機，陶瓷球磨機轉速20-30r/min，球磨8-10個小時形成粗體；

球磨后的粗體過篩250目，噴霧干燥，造粒成粉；

造粒等靜壓成型為陶瓷毛坯，等靜壓的壓力為200-280MPa，保壓時間為8-12分鐘；

高溫燒結，燒結溫度為1650-1780℃，保溫時間4-6.5小時，升溫速度為3℃/min，并在1350℃保溫1.5小時，在降溫過程中不得高于2℃/min降溫到500℃，制得相對密度達到96％的精細碳化硅復合陶瓷增韌耐磨材料；

將精細碳化硅復合陶瓷增韌耐磨材料內外圓珩磨加工，熱鑲嵌金屬外套，按圖紙型號加工金屬外套，生產出碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套。

如圖1所示，使用本專利方法制得的碳化硅增韌耐磨陶瓷缸套，與國內常規陶瓷缸套性能指標相比，在積體密度、硬度、斷裂韌性、抗彎強度和熱膨脹系數等方面均全面超越。

上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神前提下，本領域普通工程技術人員對本發明技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。