[發明專利]帶包層的制品及其應用

有效

• 申請號: 201710337833.0
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107435147B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: D.伯洛托斯;J.浮士德;M.邁耶;Q.鄭
• 申請（專利權）人: 肯納金屬公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/07
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 盧亞靜

本發明公開了帶包層的制品及其應用。在一個方面，本文描述了復合材料制品，所述復合材料制品采用鈷基合金包層，所述鈷基合金包層具有高硬度和高耐磨性，同時與金屬基底的表面保持理想的整體性和附著性。在一些實施例中，一種復合材料制品包括金屬基底以及冶金結合到所述金屬基底的一個或多個表面的復合材料包層，所述復合材料包層包含具有鉻梯度的鈷基合金，其中鉻含量在從所述復合材料包層表面到所述復合材料包層與所述金屬基底之間的界面的方向上增大。

技術領域

本申請涉及帶包層的工業制品，具體地講，涉及具有冶金結合到其上的復合合金包層的壓裂閥。

背景技術

包層通常被施加到經受惡劣環境或工作條件的設備上，以盡量延長設備的使用壽命。各種包層種類和構造根據要抑制的失效模式來提供。例如，為金屬基底研發了耐磨性、耐侵蝕性、耐腐蝕性包層。此外，金屬或合金包層可通過多種技術施加到金屬基底，這些技術包括堆焊、等離子轉移弧、熱噴涂、激光熔覆、紅外熔覆、感應熔覆或燒結。

包覆應用中遇到的顯著問題是包層的過早失效或劣化。金屬基底的包層可能因各種機制而失效，這些機制包括層離和裂化/斷裂。在一些情況下，包覆金屬基底會經受熱循環，這種熱循環可能損壞包層與基底之間的結合。例如在一些應用中，金屬基底經受涂層后熱處理，諸如正火，以便改善基底的機械性能，其中涂層后熱處理使包層斷裂。此外，在一些情況下，包層在沉積期間的收縮可引起裂化和/或層離。這種收縮因具有復雜幾何形狀的金屬制品(包括壓裂閥)而加劇。

壓裂閥用在高壓正排量或往復泵中，這些泵則通常用在水壓致裂和/或其他挖孔應用中。考慮到這種高磨損環境，耐侵蝕性包層可以對壓裂閥有好處。然而，復雜的壓裂閥幾何形狀會限制包層技術和包層組合物。例如，通過燒結施加的耐磨堆焊合金沿著座面具有不可接受的裂化和層離。圖1A和圖1B示出了施加到壓裂閥的燒結鈷合金的此類裂化。裂化和層離沿著座面的ID和OD邊緣發生。這些缺陷可使具有高硬度和高耐磨性的耐磨堆焊合金的使用受阻。

發明內容

鑒于上述缺點，本文提供了用于包括壓裂閥在內的各種金屬基底的復合合金包層，所述復合合金包層具有高硬度和高耐磨性且同時與金屬基底的表面保持理想的整體性和附著性。在一個方面，本文所述的復合材料制品包括金屬基底以及冶金結合到金屬基底的一個或多個表面的復合材料包層，該復合材料包層包含具有鉻梯度的鈷基合金，其中鉻含量在從復合材料包層表面到復合材料包層與金屬基底之間的界面的方向上增大。形成復合材料包層的鈷基合金還可包括除鉻梯度之外的一個或多個組分梯度。例如，鈷基合金還可包括鎢梯度，其中鎢含量在從復合材料包層表面到界面的方向上增大。

在另一個方面，本文描述了制備復合材料制品的方法。簡而言之，制備復合材料制品的方法包括提供金屬基底以及在金屬基底上方布置組件，所述組件包含復合材料粉末組合物，該復合材料粉末組合物包含熔滲鈷粉末合金和基體鈷粉末合金，該基體鈷粉末合金的固相線溫度高于熔滲鈷粉末合金。對組件加熱以將基體鈷粉末合金與熔融的熔滲鈷合金熔滲在一起，從而提供冶金結合到金屬基底的復合材料包層。如本文進一步所述，組件可包含用于熔滲鈷粉末合金和基體鈷粉末合金的一個或多個有機載體。

這些和其他實施例在下文的具體實施方式中更詳細地描述。

附圖說明

圖1A示出了沿著壓裂閥的外徑表面的燒結包層的裂化。

圖1B示出了沿著壓裂閥的內徑表面的燒結包層的裂化。

圖2為根據本文所述的一個實施例的復合材料包層的橫截面掃描電鏡(SEM)圖像，示出了鈷基合金的各種元素梯度。

圖3為根據一個實施例的復合材料包層的橫截面SEM，其中鈷基合金中存在M₆C碳化物。

圖4為根據本文所述的一個實施例的復合材料包層的截面的SEM，示出了各種金屬碳化物相的存在。

圖5A至圖5C為根據本文所述的一些實施例的復合材料包層的各截面的SEM。