熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子及其制作方法，更具体的说，尤其涉及一种首先采用电泳沉积、然后再采用火焰烘烤的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子及其制作方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷涂层是涂覆在基体表面上的无机保护层或膜的总称，它能改变基体外表面的形貌、结构及其化学组成，赋予基底材料新的性能，如使基体具有更好的耐磨、耐蚀、防粘、高硬度、耐高温性能。陶瓷材料大多是氧化物、氮化物、硼化物和碳化物，陶瓷涂层一般分为氧化物涂层、非氧化物涂层、硅酸盐系涂层、复合陶瓷涂层。在基体表面涂覆陶瓷涂层的工艺包括熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层。
[0003]螺杆钻具作为石油钻井的主要器械，其由马达、旁通阀、万向轴、传动轴组成，马达作为螺杆钻具的动力机构，其由马达定子和马达转子组成，马达转子位于马达定子的内部空腔中，形成容积式马达，在钻井液的作用下驱使马达转子在马达定子内转动，使马达转子输出机械能而带动钻具工作，实现钻进作业。通常情况下，定子的内壁上粘覆有一层橡胶层，以保证定子与转子之间的密封性。
[0004]螺杆钻具工作于地面之下的泥土、泥浆或岩石层中，在钻井作业时会有细小的沙粒进入转子与定子之间，加速转子的磨损，使马达丧失密封性，缩短整个螺杆钻具的使用寿命。马达转子由金属材质构成，其表面硬度小于沙粒，这是造成钻子极易磨损的关键所在。如果能在金属转子层的表面涂覆一层硬度大于沙粒的陶瓷层，将会显著提高转子的耐磨性，延长螺杆钻具的使用寿命。如专利号为ZL201510009907.9、发明名称为“一种难熔金属材料表面Zr基陶瓷涂层防护的方法”的发明专利文件，具体公开了一种在难熔金属表面熔覆Zr基陶瓷的方法，但这种工艺复杂、制作成本高昂，其产品主要用于航空领域，不适于民用广品。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子及其制作方法。
[0006]本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，其特别之处在于:螺杆钻具包括马达定子和位于马达定子内部的马达转子，马达定子的内壁上固定有橡胶衬套，马达转子的外壁与橡胶衬套之间形成有空腔，钻井液在空腔中流动的过程中会驱使马达转子转动；马达转子的外表面上设置有起耐磨作用的陶瓷层。
[0007]本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，所述马达转子的头数为N，马达定子的头数为N+1，N为大于等于I的正整数。
[0008]本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，所述马达转子的一端固定有转子接头。
[0009]本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子的制作方法，其特别之处在于，通过以下步骤来完成:a).转子表面打磨，用砂轮或砂带打磨工具对马达转子的表面进行打磨、去锈，获得表面光滑的马达转子；b).转子表面清洗，用有机溶液对马达转子的表面进行清洗，以去除马达转子表面的油污，并将马达转子晾干备用；c).制备电泳液，采用氯仿作为溶剂，将颗粒尺寸均为5-10 μ m的CH3C00Na和CH3C00K的一种、颗粒尺寸均为5_10 μ m的Na2WOjP K 2胃04的一种置于氯仿溶剂中，两种物质的添加量均为5-10g/L ;并对添加物质后的溶液进行搅拌，使其均匀悬浮于溶剂中；d).放置马达转子，首先将电泳液置于不锈钢容器中，再将马达转子置于电泳液中，并保证马达转子与不锈钢容器不接触；e).电泳沉积，马达转子接电源正极、不锈钢容器接电源负极进行电泳沉积，以便在马达转子的外表面沉积一层由陶瓷粉末组成的保护层；f).转子的再清洗，利用酒精溶液对电容沉积后的马达转子再次进行清洗，以去除马达转子表面的氯仿，并晾干以备用；g).燃烧熔覆，利用燃烧的氢气火焰对马达转子的表面进行烘烤，以使陶瓷粉末层熔覆于金属马达转子的表面，熔覆陶瓷层后的马达转子具有更加优异的耐磨性能，有利于增加整个螺杆钻具的使用寿命。
[0010]本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子的制作方法，步骤e)中电泳沉积的电场强度为30-80V/cm，沉积时间为2-10min。
[0011]本发明的有益效果是:本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，通过在马达转子的外表面熔覆一层陶瓷层，有效地增强了马达转子表面的耐磨性能，即使在钻井作业过程中有大量的沙粒与马达转子的表面接触，也不会对其表面造成严重的损伤，有效延长了马达转子的使用寿命，具有制作成本低、有益效果显著以及便于推广应用的优点。
[0012]本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子的制作方法，首先对马达转子的表面进行打磨和清理，然后在其表面电泳沉积一层由由陶瓷粉末组成的保护层，最后通过氢气火焰对马达转子的表面进行烘烤，在马达转子的表面形成了一层具有极强耐磨性的陶瓷层，工艺步骤简单、合理，制作成本低廉，适于应用在民用产品上。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具的结构示意图；
图2为本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具的剖视图。
[0014]图中:1马达定子，2马达转子，3橡胶衬套，4空腔，5转子接头。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0016]如图1和图2所示，分别给出了本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具的结构示意图和剖视图，其由马达定子1、马达转子2和橡胶衬套3组成，所示马达定子I的内部为空腔，马达转子2设置于马达定子I的内部空腔之中。橡胶衬套3设置于马达转子2的外壁与马达定子I的内壁之间，马达转子2与橡胶衬套3之间形成有空腔4，马达转子2的一端固定有转子接头5。钻井液在空腔4内流动，以驱使马达转子2在马达定子I内转动，驱使转子接头5实现动力输出。
[0017]所述马达转子2的外表面上设置有熔覆由陶瓷层，这样，在马达转子2运动的过程中，马达转子2外壁上的陶瓷层与橡胶衬套3相接触，即使有沙粒与马达转子2的外壁相接触，也不会对陶瓷层造成损伤，大大延长了螺杆钻具的使用寿命。所示的马达定子I的头数比马达转子2的头数多I个，如马达转子2的头数为1，则马达定子I的头数就为2 ;如马达转子2的头数为2，则马达定子I的头数就为3，以此类推。
[0018]本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子的制作方法，通过以下步骤来完成:
a).转子表面打磨，用砂轮或砂带打磨工具对马达转子的表面进行打磨、去锈，获得表面光滑的马达转子；
b).转子表面清洗，用有机溶液对马达转子的表面进行清洗，以去除马达转子表面的油污，并将马达转子晾干备用；
c).制备电泳液，采用氯仿作为溶剂，将颗粒尺寸均为5-10μ m的CH3C00Na和CH3C00K的一种、颗粒尺寸均为5-10 μπι的Na2WOjP K #04的一种置于氯仿溶剂中，两种物质的添加量均为5-10g/L ;并对添加物质后的溶液进行搅拌，使其均匀悬浮于溶剂中；
d).放置马达转子，首先将电泳液置于不锈钢容器中，再将马达转子置于电泳液中，并保证马达转子与不锈钢容器不接触；
e).电泳沉积，马达转子接电源正极、不锈钢容器接电源负极进行电泳沉积，以便在马达转子的外表面沉积一层由陶瓷粉末组成的保护层；
该步骤中，电泳沉积的电场强度为30-80V/cm，沉积时间为2-10min。
[0019]f).转子的再清洗，利用酒精溶液对电容沉积后的马达转子再次进行清洗，以去除马达转子表面的氯仿，并晾干以备用；
g).燃烧熔覆，利用燃烧的氢气火焰对马达转子的表面进行烘烤，以使陶瓷粉末层熔覆于金属马达转子的表面，熔覆陶瓷层后的马达转子具有更加优异的耐磨性能，有利于增加整个螺杆钻具的使用寿命。
【主权项】
1.一种熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，其特征在于:螺杆钻具包括马达定子(I)和位于马达定子内部的马达转子(2)，马达定子的内壁上固定有橡胶衬套(3)，马达转子(2)的外壁与橡胶衬套(3)之间形成有空腔(4)，钻井液在空腔(4)中流动的过程中会驱使马达转子转动；马达转子(2)的外表面上设置有起耐磨作用的陶瓷层。2.根据权利要求1所述的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，其特征在于:所述马达转子(2 )的头数为N，马达定子(I)的头数为N+1，N为大于等于I的正整数。3.根据权利要求1或2所述的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，其特征在于:所述马达转子(2)的一端固定有转子接头(5)。4.一种基于权利要求1所述的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子的制作方法，其特征在于，通过以下步骤来完成: a).转子表面打磨，用砂轮或砂带打磨工具对马达转子的表面进行打磨、去锈，获得表面光滑的马达转子； b).转子表面清洗，用有机溶液对马达转子的表面进行清洗，以去除马达转子表面的油污，并将马达转子晾干备用； c).制备电泳液，采用氯仿作为溶剂，将颗粒尺寸均为5-10μ m的CH3COONa和CH3COOK的一种、颗粒尺寸均为5-10 μπι的Na2WOjP K #04的一种置于氯仿溶剂中，两种物质的添加量均为5-10g/L ;并对添加物质后的溶液进行搅拌，使其均匀悬浮于溶剂中； d).放置马达转子，首先将电泳液置于不锈钢容器中，再将马达转子置于电泳液中，并保证马达转子与不锈钢容器不接触； e).电泳沉积，马达转子接电源正极、不锈钢容器接电源负极进行电泳沉积，以便在马达转子的外表面沉积一层由陶瓷粉末组成的保护层； f).转子的再清洗，利用酒精溶液对电容沉积后的马达转子再次进行清洗，以去除马达转子表面的氯仿，并晾干以备用； g).燃烧熔覆，利用燃烧的氢气火焰对马达转子的表面进行烘烤，以使陶瓷粉末层熔覆于金属马达转子的表面，熔覆陶瓷层后的马达转子具有更加优异的耐磨性能，有利于增加整个螺杆钻具的使用寿命。5.根据权利要求4所述的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子的制作方法，其特征在于:步骤e)中电泳沉积的电场强度为30-80V/cm，沉积时间为2_10min。
【专利摘要】本发明的熔覆有陶瓷涂层的螺杆钻具转子，螺杆钻具包括马达定子和马达转子，马达定子的内壁上固定有橡胶衬套，马达转子的外壁与橡胶衬套之间形成有空腔；马达转子的外表面上设置有起耐磨作用的陶瓷层。本发明的螺杆钻具的制作方法，包括：a).转子表面打磨；b).转子表面清洗；c).制备电泳液；d).放置马达转子；e).电泳沉积；f).转子的再清洗；g).燃烧熔覆。本发明的螺杆钻具转子及其制作方法，通过在马达转子的外表面熔覆一层陶瓷层，增强了马达转子表面的耐磨性能，即使有大量的沙粒与马达转子表面接触，也不会对其表面造成严重的损伤，有效延长了马达转子的使用寿命，具有制作成本低、有益效果显著以及便于推广应用的优点。
【IPC分类】C25D13/02, E21B4/02
【公开号】CN105525867
【申请号】CN201510380449
【发明人】岳甫龙, 岳甫卿, 周庆珠, 赵彦梅
【申请人】山东东远石油装备有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年7月2日