[发明专利]氧化锆复相陶瓷阀座及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械设备，特别是涉及一种氧化锆复相陶瓷阀座及其制备方法。

背景技术

在石油钻探工程中，泥浆泵阀处于高压磨砺性介质中工作，阀座与阀体接触的工作面既是密封副又是摩擦副，是影响泵阀寿命的主要易损部件，阀座寿命低，不仅造成原材料的大量消耗，而且极大地影响了钻井的工作效率。目前阀座的平均寿命约为200小时，为此，曾经做了很多研究，如在阀体的工作锥面粘结了一层工程塑料环，使常用的两金属工作锥面接触变为金属与非金属工作锥面接触，因而消除了金属面摩擦剪口对密封圈的损害,增强了工作面抗磨损的能力，减小了阀关闭时对阀座的冲击力，从而延长了泵阀使用寿命。但是，单独只改进了阀体，并不能有效的延长阀座的使用寿命。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧化锆复相陶瓷阀座及其制备方法，用于解决现有技术中阀体使用寿命短的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氧化锆复相陶瓷阀座，所述阀座的顶部设置锥孔，所述阀座的下部设置第一导向定位孔和第二导向定位孔，所述第一导向定位孔的内径大于所述第二导向定位孔；所述锥孔的锥面上镶嵌陶瓷，所述陶瓷为氧化锆复相陶瓷。

根据本发明实施方式之一，所述锥面上，所述氧化锆复相陶瓷的面积占所述锥面面积的5-95%。

优选的，所述锥面的角度为50-60度。

根据本发明另一实施方式，所述氧化锆复相陶瓷，主要由以下质量份数的原材料制备而成：氧化锆40-55份、氧化铝2-6份、氧化钇1-4份以及占氧化锆质量百分比0.2-0.8%的氧化镧。

优选的，所述氧化锆复相陶瓷的制备方法为将氧化锆、氧化铝、氧化钇和氧化镧按比例混合，然后加入固含量55-70 wt%的去离子水和1-2 wt%的分散剂，经球磨混合14-24小时，喷雾干燥制成粒径50-120μm的造粉粒，然后将所述造粉粒加入模具中，压制成坯体，烧制，即得氧化锆复相陶瓷环。

进一步优选的，所述分散剂为聚丙烯酸铵。

进一步优选的，所述氧化锆复相陶瓷烧制时，以30-120℃/小时的速率升温，至1300-1380℃，保温1-2小时。

根据本发明再一实施方式，所述氧化锆复相陶瓷阀座的制备方法，主要包括如下步骤：

（1）在金属阀座的锥面内开设镶嵌所述氧化锆复相陶瓷的槽；

（2）将所述氧化锆复相陶瓷环研磨成型，研磨时，按过盈量0.1-0.5mm研磨外圆；

（3）将步骤（1）处理后的金属阀座预热至200-450℃，然后热装所述氧化锆复相陶瓷环；

（4）加工锥面，即得所述氧化锆复相陶瓷阀座。

步骤（2）中，过盈量0.1-0.5mm是指研磨至所述氧化锆复相陶瓷环的外径大于所述槽的最大内径的尺寸为0.1-0.5mm。

根据本发明所述氧化锆复相陶瓷阀座的制备方法，主要包括如下步骤：

（1）在金属阀座的锥面内开设镶嵌所述氧化锆复相陶瓷的槽；

（2）将所述氧化锆复相陶瓷环研磨成型，研磨时，按过盈量0.1-0.5mm研磨外圆；

（3）将步骤（1）处理后的金属阀座预热至200-450℃，然后热装所述氧化锆复相陶瓷环；

（4）加工锥面，即得所述氧化锆复相陶瓷阀座。

步骤（2）中，过盈量0.1-0.5mm是指研磨至所述氧化锆复相陶瓷环的外径大于所述槽的最大内径的尺寸为0.1-0.5mm。

本发明还提供了一种氧化锆复相陶瓷，主要由以下质量份数的原材料制备而成：氧化锆40-55份、氧化铝2-6份、氧化钇1-4份以及占氧化锆质量百分比0.2-0.8%的氧化镧。

优选的，所述氧化锆复相陶瓷的制备方法为将氧化锆、氧化铝、氧化钇和氧化镧按比例混合，然后加入固含量55-70 wt%的去离子水和1-2 wt%的分散剂，经球磨混合14-24小时，喷雾干燥制成粒径50-120μm的造粉粒，然后将所述造粉粒加入模具中，压制成坯体，烧制，即得氧化锆复相陶瓷环。

进一步优选的，所述分散剂为聚丙烯酸铵。

进一步优选的，所述氧化锆复相陶瓷烧制时，以30-120℃/小时的速率升温，至1300-1380℃，保温1-2小时。

试验证明，本发明所述氧化锆复相陶瓷的平面应变断裂韧度K1c为8-10MPam，断裂强度550-800Mpa，耐磨蚀约为金属的20倍。