[发明专利]用于柱塞泵的长寿命复合涂层柱塞

说明书

本发明公开了一种用于柱塞泵的长寿命复合涂层柱塞，本柱塞包括柱塞本体、基体强化层和硬面工作层，所述基体强化层制备于所述柱塞本体表面，所述硬面工作层热喷涂于所述基体强化层表面。基体强化层由喷焊重熔或表面感应淬火得到，硬面工作层为金属陶瓷复合涂层并且通过超音速火焰热喷涂工艺在基体强化层基础上制备。本柱塞克服了传统柱塞无法满足油气田日益增长作业需求的缺陷，采用复合硬面强化技术对柱塞工作表面进行表面强化，制备基体强化层和硬面工作层的复合硬质涂层，提升了柱塞使用性能，延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及石油机械设备制造领域，尤其涉及一种用于柱塞泵的长寿命复合涂层柱塞。

背景技术

近年来,随着油田压裂工艺的发展,配套酸化压裂设备中需要高压力、大排量、性能可靠、操作方便、工作平稳且结构紧凑合理的压裂泵,从而满足油田压裂作业需求。大功率柱塞泵满足以上需求，故应用柱塞泵已成为压裂作业的发展趋势。

柱塞泵由其动力端提供动力,来自动力端的动力通过连接装置传递到柱塞,使柱塞在阀箱内作往复直线运动,柱塞进出阀腔改变阀腔工作室体积；当柱塞离开阀腔时,工作室容积增大,压力降低,排出阀随之关闭,吸入阀打开,液体进入；当柱塞进入阀腔时,阀腔工作室体积减少,压力升高,吸入阀关闭,排出阀打开,排出液体,上述过程的不断循环往复,从而泵出高压液流。随着油田井深的增加以及压裂酸化半径的扩大,迫切需要强化压裂酸化工艺,即要求向井内注入高压力、高砂比、高酸度的压裂液体,这无疑使柱塞泵的工作条件变得更加苛刻,导致柱塞寿命降低。使用过程中柱塞表层磨损、拉伤、烧蚀和腐蚀的现象时有发生，柱塞损坏后压裂酸化作业液由柱塞外表面泄漏进入曲轴箱,使曲轴箱内的润滑油严重变质而失去润滑作用,造成曲轴箱内的关键零部件，如十字头、齿轮、拉杆、轴承等严重磨损、烧蚀和腐蚀,导致重大事故发生。作为柱塞泵易损件之一的柱塞部件频繁更换也大大增加了检修人员的工作量，降低了压裂施工作业效率。因此，对现有柱塞部件性能进行改善提高，从而延缓柱塞在工作运行中的磨损腐蚀,延长柱塞的使用寿命,对于提高柱塞泵的整体工作能力和可靠性具有至关重要的作用，也受到油田用户的普遍高度重视。

据统计柱塞的磨损、腐蚀、划痕沟槽三种失效方式占总失效次数的90％左右，是柱塞最主要的失效形式。因此利用表面涂层技术对柱塞表面进行强化，可增强柱塞表面硬度，改善柱塞表面的防腐耐磨性能，是提升柱塞使用寿命的关键路径之一。目前油气田上使用的柱塞一般采用表面镀铬或表面喷焊重熔镍基合金的方法进行表面强化，但使用寿命还是无法满足油田日益增加的压裂作业需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于柱塞泵的长寿命复合涂层柱塞，本柱塞克服了传统柱塞无法满足油气田日益增长的作业需求的缺陷，采用复合硬面强化技术对柱塞工作表面进行表面强化，制备基体强化层和硬面工作层的复合硬质涂层，提升了柱塞使用性能，延长使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明用于柱塞泵的长寿命复合涂层柱塞包括柱塞本体、基体强化层和硬面工作层，所述基体强化层制备于所述柱塞本体表面，所述硬面工作层热喷涂于所述基体强化层表面。

进一步，所述基体强化层采用喷焊重熔方法在柱塞本体表面制备镍基涂层或钴基涂层，涂层厚度为0.5～3.5mm、硬度为HRC45～65。

进一步，所述基体强化层采用表面感应淬火方法对柱塞本体进行表面淬火处理，从而在柱塞本体表面获得淬硬层，淬硬层深度为0.5～3.5mm、硬度为HRC45～65。

进一步，所述硬面工作层为金属陶瓷复合涂层并且采用超音速火焰热喷涂工艺在所述基体强化层基础上制备，所述金属陶瓷复合涂层所用粉末为WC金属陶瓷粉末中掺加5～10wt%的镍石墨，其中WC金属陶瓷粉末成分为：C5.0～6.0 wt% ，Cr3～5wt %，Co 8.5～11.0wt % ，W余量,所述镍石墨成分为：Ni75wt%，石墨25wt%，粉末粒径为15～60μm。