[发明专利]涂覆铁基非晶金属涂层的往复泵15Mpa压力柱塞

说明书

技术领域

本发明涉及非晶合金涂层技术领域，尤其是涂覆铁基非晶金属涂层的往复泵15Mpa压力柱塞。

背景技术

在机械零件制造中，经常遇到对零件的表层要求有比零件机体更高的机械性能，如硬度、强度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀等等。为达到此目的，常常采用在零件表面涂覆一层具有理想性能材料的涂层，这种涂覆技术，已在机械制造中，广泛应用。国内石油开采大多采用地层注水采油方式，往复式柱塞注水泵是注水采油的关键设备，工作压力约为10-40Mpa左右，注水泵柱塞是注水泵的核心部件，所注水质含有泥沙颗粒物和腐蚀性物质，由于磨损、腐蚀和压力存在，造成柱塞出现沟槽、点腐蚀、涂层脱落等情况，使其密封差造成柱塞失效。因柱塞失效，设备不得不停机更换，直接产生柱塞的零件频繁更换费用，间接造成了设备利用率降低。目前国内石油注水泵柱塞一般采用耐蚀合金刚作为基材，表面喷焊镍60等合金材料，由于水质不同，工作压力15Mpa柱塞寿命一般只在700小时左右。

发明内容

本发明经多年实践提供最先进的技术，是把美国LMC公司的专有铁基非晶合金引用到中国石油机械上，来解决注水泵柱塞使用寿命短的问题。非晶合金又称为液态金属，是指材料在固态条件下保留了金属在液态状况下原子的三维空间无序排列，也就是金属没有了固有的晶界，由于晶界的消失，和传统合金比较，非晶合金的耐腐蚀性、硬度和韧性大大增强，美国LMC是该材料在全球该领域的领军企业之一。我们通过特殊热喷涂技术，把非晶合金涂覆在柱塞表面，从而大大提高其使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：该生产工艺包括如下步骤：（一）、基材选用304不锈钢，按柱塞设计尺寸进行初加工，除了在柱塞往复运行区域单边留出0.5mm涂层余量外，其他区域均应达到设计要求；（二）、表面毛化处理，采用金刚砂或同等硬度砂石对柱塞表面进行喷砂毛化处理以提高零件表面粗糙度，要求粗糙度达到Sa12.5微米以上；（三）、采用超音速电弧喷涂技术喷涂非晶合金材料，喷涂材料采用美国LMC公司的铁基非晶合金，喷涂厚度为0.7mm；（四）、使用磨床对喷涂后的柱塞进行磨削处理，磨削减量0.2mm，磨削后柱塞各项参数达到柱塞设计要求；（五）、采用聚氨酯进行封孔处理，处理完成后用酒精擦拭柱塞表面，经最终检验，各项技术指标达到设计要求后加工过程结束。

用铁基非晶合金代替镍60等材料做柱塞的涂覆材料，经试验，可以提高工作压力15Mpa柱塞的使用寿命4倍以上。

非晶合金的涂覆工艺有以下要点：涂层厚度控制约为0.5mm；基材表面毛化特殊处理要严格，以提高结合牢度。

采用封孔剂填充喷涂产生的孔隙度，降低腐蚀物通过孔隙渗入基材的几率。

本发明的有益效果：本发明设计合理实用，提高了15Mpa柱塞的使用寿命，节约了成本，节省了原材料，适合普遍推广使用。

说明书附图

图1为本发明喷涂后的柱塞示意图；

图2为本发明喷涂前的柱塞示意图。

具体实施方式

如图1所示，涂覆铁基非晶金属涂层的往复泵15Mpa压力柱塞，该生产工艺包括如下步骤：（一）、基材选用304不锈钢，按柱塞设计尺寸进行初加工，除了在柱塞往复运行区域单边留出0.5mm涂层余量外，其他区域均应达到设计要求；（二）、表面毛化处理，采用金刚砂或同等硬度砂石对柱塞表面进行喷砂毛化处理以提高零件表面粗糙度，要求粗糙度达到Sa12.5微米以上；（三）、采用超音速电弧喷涂技术喷涂非晶合金材料，喷涂材料采用美国LMC公司的铁基非晶合金，喷涂厚度为0.7mm；（四）、使用磨床对喷涂后的柱塞进行磨削处理，磨削减量0.2mm，磨削后柱塞各项参数达到柱塞设计要求；（五）、采用聚氨酯进行封孔处理，处理完成后用酒精擦拭柱塞表面，经最终检验，各项技术指标达到设计要求后加工过程结束。

实施例1：

2016年6月-2017年1月，我们在中国选取中石化胜利油田两个有代表性注水站，利用本发明技术对规格为￠75mm*356mm、￠70mm*355mm，工作压力均为15Mpa的往复泵柱塞进行了涂覆非晶材料的验证实验。

实施步骤如下：

1、柱塞基材选用304不锈钢，首先按柱塞图纸车加工成留有单边余量0.5mm喷涂余量的尺寸。

2、对柱塞喷涂面进行喷砂毛化处理，要求粗糙度达到Sa12.5微米以上。

3、采用超音速电弧喷涂设备对柱塞进行非晶合金喷涂，喷涂厚度为0.7mm。

4、喷涂后采用外圆磨床磨削加工至设计尺寸。