专利名称：抽油泵用复相氧化物陶瓷泵筒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抽油泵用复相氧化物陶瓷泵筒的制备方法，属于工程陶瓷材料的制备技术。
背景技术：
有杆抽油泵主要由泵筒、柱塞、球阀和球座组成，由于其装置简单、适应性强及具有良好的使用指标等特点被国内外各油田广泛使用。在机械采油井中，有杆泵井占总生产井数的80％以上。抽油泵的使用寿命在很大程度上由泵筒一柱塞副的耐久性决定，抽油泵故障中70％是由于泵简一柱塞副的磨损所引起。特别是目前进入了高含水或特高含水开发期，由于综合含水的大幅度上升、产出液的强腐蚀性、含沙量的增加以及复杂的管柱结构等，导致有杆抽油泵泵筒、柱塞的严重磨损，泵失效事故频繁发生。为延长抽油泵的使用寿命和解决泵筒和柱塞寿命的匹配性，国内外对泵筒和柱塞的选材和表面处理进行了大量研究，现已有陶瓷柱塞和喷涂陶瓷层的柱塞专利，但目前还没有与之相匹配的陶瓷泵筒，因此只有采用陶瓷泵筒—陶瓷柱塞副或喷涂陶瓷层的柱塞副，才能有效解决整体泵寿命的问题。
现有涉及抽油泵用的泵筒专利主要包括泵筒内表面涂层强化和陶瓷泵筒装配技术的专利；中国专利85201850，93111275.3和美国专利US64540101等主要介绍了在金属泵筒内表面通过表面处理提高泵筒的耐磨、耐腐蚀性能的方法。如专利85201850的技术要点为将抽油泵金属泵筒经过固体硼化处理，使泵筒内壁表面获得一层硬度很高的渗硼层，可大幅度提高泵筒的耐腐蚀性和耐磨性，延长其寿命长，这类专利强调泵筒材质的选择和表面镀层的制备技术。而中国专利97242707.4主要介绍了陶瓷泵筒装配技术，其技术要点是在金属泵筒内设多节特种陶瓷衬套，在金属泵筒和特种陶瓷衬套之间填设膨胀粘结剂联接固定，构成抽油泵泵体，此专利重点介绍了整体泵的装配技术，未涉及陶瓷泵筒衬套的材质、尺寸和制备方法。此类专利还包括美国专利US5924353，6682315，6497561，6368084和6543543等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抽油泵用复相氧化物陶瓷泵筒的制备方法。以此方法制备的抽油泵陶瓷泵筒使用寿命长，可达6个月以上。
本发明是通过下述技术方案加以实现的。在抽油泵金属泵体内通过红装镶嵌陶瓷衬套构成抽油泵泵筒，该复相氧化物陶瓷泵筒的制备方法，其特征在于包括以下过程以共沉淀法制得的粒径为1-5μm，纯度为99.90％的氧化铝的复合粉末为基材，所述的氧化铝粉末中Al2O3∶MgO∶TiO2的质量百分比为(98.75-100％)∶(0-0.75％)∶(0-0.5％)，外加质量百分比为0-30％、粒度为0.2-1.0μm、含质量比为5.15％Y2O3的ZrO2粉末，组成复合粉末；并加入质量比为0.5-1.5％的聚丙烯酸铵分散剂和0.2-1.0％的聚乙烯醇粘合剂；制成固相质量比为50-70％的料浆，料浆在370-390℃，压力为7×104Pa-10×104Pa条件下喷雾制成粒径为20-60μm的粉体，粉体加湿备用，将加湿的粉体填充在钢芯与模具环形间隙中，在150-200MPa压力下等静压成型，之后于1550-1650℃，保温1-4小时烧成筒体；筒体经加工至要求尺寸，再将陶瓷泵筒通过红装镶嵌在金属泵筒内，组装成整体泵筒。
本发明的优点在于其制备工艺过程简单，烧成温度较低，所制备的陶瓷泵筒的直径和长度可以根据不同规格泵型调整，泵筒的使用寿命大于6个月，是现有金属泵筒的3-4倍。
图1为本发明喷雾造粒过程制备的复相氧化物陶瓷粉体的电镜照片具体实施方式
实施例1称取超细氧化铝21kg，含质量比为5.15％Y2O3的超细氧化锆9kg，加入190g聚乙烯醇粘结剂(PVA)、1780ml聚丙烯酸铵分散剂(PAA)及20kg蒸馏水。将混合料置入搅拌磨中混磨8小时，料浆在390℃，压力为10×104Pa条件下喷雾造粒成粒径为20-40μm的粉末。粉末在热处理炉中于450℃处理，总处理时间为6小时。粉末加湿6小时后装入模具中，模具钢芯轴直径为75mm，长1200mm，乳胶套直径为101mm，长1240mm。在湿式等静压机中，在200MPa压力下等静压成型。将成型坯体卧躺在承烧板的V型槽中，并埋入空心α-Al2O3球中。在高温烧结炉中于1550℃，保温3小时烧结，总烧成时间为16.5小时。通过磨外圆和抛光使陶瓷柱塞长为900±0.1mm，外径为83±0.02mm。
实施例2按Al2O3∶MgO∶TiO2的质量百分比为99.0％∶0.75％∶0.25％称取粉末共40kg，再加入2kg含质量比为5.15％Y2O3的超细ZrO2粉末，加入230g聚乙烯醇粘结剂(PVA)、2050ml聚丙烯酸铵分散剂(PAA)及20kg蒸馏水。将混合料置入搅拌磨中混磨8小时，料浆在380℃，压力为8×104Pa条件下喷雾造粒，造粒粉粒径为20-60μm，粉末加湿4小时，将加湿粉末装入模具中，模具钢芯轴直径为83mm，长430mm，乳胶套直径为110mm，长450mm，在湿式等静压机中，在150MPa压力下等静压成型，将成型坯体放入匣钵中按立式放置，在高温烧结炉中于1580℃，保温2小时烧结，总烧成时间为12.5小时。通过磨外圆和抛光使陶瓷泵筒衬套长为330±0.1mm，外径为83±0.02mm。
实施例3称取超细氧化铝39.70kg，加入氧化镁0.2kg，氧化钛0.1kg，氧化锆6kg，再加入260g聚乙烯醇粘结剂(PVA)、2200ml聚丙烯酸铵分散剂(PAA)及22kg蒸馏水。将混合料置入搅拌磨中混磨8小时，料浆在380℃，压力为8×104Pa条件下喷雾造粒成粒径为20-60μm的粉末。粉末在热处理炉中于450℃处理，总处理时间为6小时。粉末加湿4小时，将加湿粉末装入模具中，模具钢芯轴直径为82.5mm，长450mm，乳胶套直径为110mm，长450mm，在湿式等静压机中，在160MPa压力下等静压成型，将成型坯体放入匣钵中按立式放置，在高温烧结炉中于1560℃，保温2小时烧结，总烧成时间为12小时。通过磨外圆和抛光使陶瓷泵筒衬套长为330±0.1mm，外径为83±0.02mm。
实施例4按Al2O3∶MgO∶TiO2的质量百分比为98.75％∶0.75％∶0.5％称取粉体共30kg，再加入160g聚乙烯醇粘结剂(PVA)、1540ml聚丙烯酸铵分散剂(PAA)及15kg蒸馏水。将混合料置入搅拌磨中混磨8小时，料浆在370℃，压力为7×104Pa条件下喷雾造粒成粒径为20-60μm的粉末。粉末加湿4小时，将加湿粉末装入模具中，模具钢芯轴直径为83.5mm，长450mm，乳胶套直径为l 10mm，长450mm，在湿式等静压机中，在200MPa压力下等静压成型，将成型坯体放入匣钵中按立式放置，在高温烧结炉中于1580℃，保温2小时烧结，总烧成时间为13小时。通过磨外圆和抛光使陶瓷泵筒衬套长为330±0.1mm，外径为83±0.02mm。
采用上述实施例1和实施例2所制备的陶瓷泵筒，应用于稠油热采蒸汽驱开采工艺技术，使用工况为泵压14-17MPa，酸性，泥浆含沙量0.6％，温升约300℃。使用180-200天后提泵，没有发现明显的使用问题，寿命是一般金属泵筒的3-4倍。
权利要求
1一种抽油泵用复相氧化物陶瓷泵筒的制备方法，其特征在于包括以下过程以共沉淀法制得的粒径为1-5μm，纯度为99.90％的氧化铝的复合粉末为基材，所述的氧化铝粉末中Al2O3∶MgO∶TiO2的质量百分比为(98.75-100％)∶(0-0.75％)∶(0-0.5％)，外加质量百分比为0-30％、粒度为0.2-1.0μm、含质量比为5.15％Y2O3的ZrO2粉末，组成复合粉末；并加入质量比为0.5-1.5％的聚丙烯酸铵分散剂和0.2-1.0％的聚乙烯醇粘合剂；制成固相质量比为50-70％的料浆，料浆在370-390℃，压力为7×104Pa-10×104Pa条件下喷雾制成粒径为20-60μm的粉体，粉体加湿备用，将加湿的粉体填充在钢芯与模具环形间隙中，在150-200MPa压力下等静压成型，之后于1550-1650℃，保温1-4小时烧成筒体；筒体经加工至要求尺寸，再将陶瓷泵筒通过红装镶嵌在金属泵筒内，组装成整体泵筒。
全文摘要
本发明公开了一种抽油泵用复相氧化物陶瓷泵筒的制备方法，属于工程陶瓷材料的制备技术。该方法主要包括粉末的喷雾造粒、成型和烧结过程，其特征在于，以共沉淀法制得的高纯氧化铝粉体为基材，加入不同质量百分比的氧化镁、氧化钛、氧化锆、聚丙烯酸铵分散剂和聚乙烯醇粘合剂，制成料浆，料浆在一定温度和压力条件下喷雾造粒，造粒粉粒径为20－60μm，将粉体填充在钢芯与模具环形间隙中，由等静压成型之后，一次烧结而成。本发明的优点在于其制备工艺过程简单，烧成温度低，所制备的陶瓷泵筒的直径和长度可以根据不同规格泵型调整，泵筒的使用寿命大于6个月，是现有金属泵筒的3－4倍。
文档编号C04B35/10GK1673172SQ20051001628
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月11日 优先权日2005年3月11日
发明者蔡舒, 林旭平, 陈爱华, 李金有, 张宝清, 杨正方 申请人:天津大学