CN101876020B - 一种阀球用硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀球用硬质合金材料及其制备方法，其中硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：40-85％碳化钨，0-38％碳化铬，12-19％镍和1-3％铜。本发明的硬质合金材料在在硬度、抗弯强度、耐磨性的基础上，可以通过改变碳化钨和碳化铬的重量百分含量，调整硬质合金材料的密度在9-14g/cm³之间，而且本发明的硬质合金材料还具有弱磁、耐腐蚀、长寿命等特性，采用该合金制成的止回阀阀球在不同粘度原油油井的试验中，能够提高采油效率3-5％，在普通的稠油井试验中可提高采油率19.65％，使用寿命均超过一年，能够取得良好的经济效益。

Description

一种阀球用硬质合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料，特别是一种阀球用硬质合金材料，属于硬质合金技术领域。

背景技术

目前我国油井绝大多数采用抽油方式采油，止回阀阀球是井下抽油泵的心脏部件，也是油泵中的易损部件，其工作状态的好坏、寿命的长短直接影响着抽油泵的抽油效率和维修周期。若使用寿命短，则停泵频繁，不仅劳动量大，更重要的是影响原油产量。具国内有关统计因止回阀阀球损坏造成的停泵维护占抽油泵维护总次数的30％左右，每维修一次的直接经济损失达万元以上。抽油泵中止回阀系统失效的主要原因是工作条件恶劣，止回阀阀球主要承担着控制油路单向流动的作用，在20MPa左右的压力下，以6-15次/分钟的频率开启关闭，抽取的液体以0.3-1米/秒的速度携带者部分杂质(砂、蜡、胶质沥青等)高速流过，止回阀阀球承受剧烈的冲刷，加上部分井下地壳的磁化作用，使止回阀阀球磁化，从而加剧定向磨损，这些机械撞击、磨损和化学腐蚀(井下油液中含有H₂S、Cl₂、CO₂、O₂、盐水等)的作用，使止回阀阀球快速失效。另外由于原油粘度存在很大差异，而阀球下落速度与原油粘度密切相关，所以针对不同的原油粘度需要不同密度的阀球，以产生合适的阀球下落速度，提高阀球关闭后泵的充满系数，增加原油产量。

目前的止回阀阀球通常采用以下材料：1、普通金属合金材料，如GCr15、2-GrMo等，这些材料的耐磨性差、化学腐蚀严重、易磁化，使用寿命短。另外由于金属密度较低，原油粘度高时，阀球下落速度慢，产生阀球关闭滞后造成泵的充满系数低，影响原油产量。2、采用硬质合金材料，中国专利公开号：CN1718813A公开了一种硬质合金材料，是由碳化钨、碳化铬、钴和碳化钒组成。硬质合金材料硬度高、耐磨性好、耐腐蚀，但其密度单一，不能满足不同粘度油井对密度系列的要求，而且合金材料中的钴具有一定磁性，容易在工作中导致止回阀阀球被磁化，从而加剧了阀球的定向磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性弱、耐腐蚀且密度可调的阀球用硬质合金材料。

本发明的另一目的是提供一种阀球用硬质合金材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明硬质合金材料所采用的技术方案是：一种阀球用硬质合金材料，是由以下重量百分比的组分制备而成：40-85％碳化钨，0-38％碳化铬，12-19％镍和1-3％铜。

本发明的硬质合金具有以下3个优选方案，其组分及重量百分比如下：

(I)40-50％碳化钨，34-38％碳化铬，15-19％镍和1-3％铜；

(II)60-70％碳化钨，14-18％碳化铬，15-19％镍和1-3％铜；

(III)80-85％碳化钨，0-2％碳化铬，12-17％镍和1-3％铜。

本发明的硬质合金材料的制备方法包括如下步骤：

(1)按照配比取碳化钨粉、碳化铬粉、镍粉和铜粉均匀混合得到混合料；

(2)将混合料压制成型得到坯料；

(3)将坯料在1350-1390℃条件下烧结1-2小时，得到硬质合金材料。

当硬质合金材料为优选(I)方案时，烧结温度为1350-1370℃；

当硬质合金材料为优选(II)方案时，烧结温度为1360-1380℃；

当硬质合金材料为优选(II)方案时，烧结温度为1370-1390℃。

所述碳化钨粉、碳化铬粉、镍粉和铜粉采用湿法混合，混合后喷雾干燥。

所述湿法混合所采用的混料介质为无水乙醇。

所述压制的压力为80-100MPa。

本发明的硬质合金材料中，碳化钨密度15.8g/cm³，硬度高，可以和其它金属碳化物(如碳化铬)形成固溶体，从而强化材料的硬质相；碳化铬密度6.7g/cm³，硬度高，抗氧化性好；镍和铜起到粘结的作用。本发明的硬质合金材料的密度为9-14g/cm³，可以在该范围内通过调整碳化钨和碳化铬的重量百分比控制合金的密度，同时不影响硬质合金材料的硬度、抗弯强度和耐磨性，以本发明的硬质合金材料制成的止回阀阀球可以适应不同粘度的原油。镍和铜还可以改善合金的耐腐蚀性，而且铜为抗磁性金属，具有很低的磁化率，在Ni-Cu合金中Ni被一价溶剂Cu包围时，α壳层填充，可以减小材料磁化率，使合金整体呈现弱磁性。综上所述，本发明的硬质合金材料具有弱磁、耐磨、耐腐蚀、硬度和抗弯强度高、寿命长的特性，采用该合金制成的止回阀阀球在不同粘度原油油井的试验中，能够提高采油效率3-5％，在普通的稠油井试验中可提高采油率19.65％，使用寿命均超过一年，能够取得良好的经济效益。

具体实施方式

实施例1

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：40％碳化钨，38％碳化铬，19％镍和3％铜。该硬质合金材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按照上述配比取碳化钨粉、碳化铬粉、镍粉、铜粉及适量的无水乙醇，加入滚筒式球磨机中进行混合，球料比为2∶1，混料时间为24小时，然后喷雾干燥得到混合料；

(2)采用液压机将混合料压制成型，压制的压力为80MPa，得到成型坯料；

(3)将成型坯料在真空碳管炉在1350℃条件下烧结1小时，得到硬质合金材料。

实施例2

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：45％碳化钨，36％碳化铬，17％镍和2％铜。该硬质合金材料的制备方法同实施例1，区别在于烧结温度为1360℃，烧结时间1.5小时。

实施例3

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：50％碳化钨，34％碳化铬，15％镍和1％铜。该硬质合金材料的制备方法同实施例1，烧结温度为1370℃，烧结时间2小时。

实施例4

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：60％碳化钨，18％碳化铬，19％镍和3％铜。该硬质合金材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按照上述配比取碳化钨粉、碳化铬粉、镍粉、铜粉及适量的无水乙醇，加入滚筒式球磨机中进行混合，球料比为2∶1，混料时间为24小时，然后喷雾干燥得到混合料；

(2)采用液压机将混合料压制成型，压制的压力为90MPa，得到成型坯料；

(3)将成型坯料在真空碳管炉在1360℃条件下烧结1小时。

实施例5

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：65％碳化钨，16％碳化铬，17％镍和2％铜。该硬质合金材料的制备方法同实施例4，烧结温度为1370℃，烧结时间1.5小时。

实施例6

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：70％碳化钨，14％碳化铬，15％镍和1％铜。该硬质合金材料的制备方法同实施例4，烧结温度为1380℃，烧结时间2小时。

实施例7

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：80％碳化钨，17％镍和3％铜。该硬质合金材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按照上述配比取碳化钨粉、碳化铬粉、镍粉、铜粉及适量的无水乙醇，加入滚筒式球磨机中进行混合，球料比为2∶1，混料时间为24小时，然后喷雾干燥得到混合料；

(2)采用液压机将混合料压制成型，压制的压力为100MPa，得到成型坯料；

(3)将成型坯料在真空碳管炉在1370℃条件下烧结1小时。

实施例8

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：83％碳化钨，15％镍和2％铜。该硬质合金材料的制备方法同实施例7，烧结温度为1380℃，烧结时间1.5小时。

实施例9

本实施例的硬质合金材料是由以下重量百分比的组分制备而成：85％碳化钨，2％碳化铬，12％镍和1％铜。该硬质合金材料的制备方法同实施例7，烧结温度为1390℃，烧结时间2小时。

对实施例1-9的硬质合金材料进行性能试验，得到如下性能参数，见表1：

表1硬质合金材料的性能参数表

Claims (5)

1.一种阀球用硬质合金材料，其特征在于：是由以下重量百分比的组分制备而成：40-50%碳化钨，34-38%碳化铬，15-19%镍和1-3%铜。

2.一种如权利要求1所述阀球用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）按照配比取碳化钨粉、碳化铬粉、镍粉和铜粉均匀混合得到混合料；

（2）将混合料压制成型得到坯料；

（3）将坯料在1350-1370℃条件下烧结1-2小时，得到硬质合金材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述碳化钨粉、碳化铬粉、镍粉和铜粉采用湿法混合，混合后喷雾干燥。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述湿法混合所采用的混料介质为无水乙醇。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述压制的压力为80-100MPa。