专利名称：自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法。
背景技术：
当前，在腐蚀环境轻微的油田，随着油井的深度不断加大，接箍面临着越来越严峻的磨损问题。在这种条件下，经过表面技术处理的普通接箍由于极大地提高了其耐磨性能，较好地适应了油井的环境，其中表面镍基自熔合金喷焊处理接箍以其优异的耐磨性能在油田得到了广泛使用。但长期的使用发现，镍基喷焊接箍对接箍自身的耐磨耐蚀保护非常有效，但对油管的磨损却较为严重。另一方面，随着市场上镍基合金粉末价格的不断攀升，在腐蚀环境轻微的油井中使用铁基合金粉末不仅是较高的粉末成本代价，也是对镍基合金粉末优异耐蚀性能的浪费。因此，开发低成本和优异自润滑效果，同时可以有效保护油管的新型抽油杆接箍，对较为彻底地解决油田轻微腐蚀环境下接箍对油管的磨损问题非常有意义和价值。
而通过引入新型固体润滑剂FeS与铁基合金粉末混合形成的自润滑铁基合金粉末，不仅可以使铁基合金喷焊接箍的自润滑性能得到显著改善，而且可以显著降低原来镍基合金喷焊接箍的成本。因此，通过对FeS固体润滑剂的制备方法以及FeS固体润滑剂与铁基合金粉末的混合方法等方面进行优化选择，开发出一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，将有效地解决油田现场接箍/油管的磨损和腐蚀问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，通过这种方法制作的抽油杆接箍具有更强的耐腐蚀性和耐磨性，同时在使用过程中可较彻底和有效地降低对油管内壁的磨损，解决油田普遍存在的接箍/油管的磨损和腐蚀问题。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案1.一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，其特征是，它包括下列步骤步骤一、固体润滑剂FeS粉末的制备1、选取市售分析纯级别的块状FeS粉末试剂；2、采用湿法研磨制备FeS粉末，以确保研磨过程中FeS粉末不会被氧化，即按照1∶1～1∶5的体积比例将FeS粉末和无水乙醇试剂装入球磨机中，选定1000～2000转/分的转速，每隔半小时停止一次球磨，每次停止后将带有小颗粒FeS的溶液倒出，并采用滤纸进行过滤、风干，而将相应体积德的无水乙醇补充到球磨机中与剩余的大颗粒FeS形成同样体积的新的混合液后继续研磨，如此反复数次，直到研磨机中剩余的大颗粒FeS很少后即可停止，3、将滤纸上风干的FeS粉末收集起来，在坩埚中略加研磨后，用标准粒度筛筛分粉末，即可得到20μm～102μm粒度的FeS粉末；4、为保证喷涂过程中FeS粉末不被烧损，采用水热氢还原法对上一步骤中球磨筛分得到的FeS粉末进行镍包覆处理，即选取50％质量百分含量的镍进行包覆处理，使FeS表面的包覆率达到85％～90％，较好地避免FeS粉末在喷涂过程中的烧损，同时相对适中的镍含量使得该步骤的加工成本不是很高；5、最后，将得到的镍包FeS粉末用标准粒度筛筛分粉末，即可得到制作自润滑合金粉末所需的20μm～102μm粒度的镍包FeS粉末；步骤二、喷焊用合金粉末的混合1、选取市售的Fe55自熔合金粉末，其粒度范围20μm～102μm；2、将上一步骤中制得的镍包FeS粉末按照5％～30％质量百分含量与70％～95％质量百分含量的Fe55自熔合金粉末粉末进行混合，为了得到均匀的混合效果，通过“机械搅拌摇匀+筛分”方式进行混合，即首先将混在一起后的粉末首先用玻璃棒进行多次搅拌，然后将其放入密闭容器中反复摇晃多次，最后再将其倒入150目和250目两级标准筛多次筛分混合，即完成整个粉末的均匀混合过程，即得到喷焊用自润滑铁基合金粉末。
步骤三、喷焊处理1、在100℃-120℃的烘干箱中对上一步骤中制得的自润滑铁基合金粉末进行干燥处理；2、抽油杆接箍表面预处理，对抽油杆接箍表面进行喷砂粗化处理，并使表面活化，保证表面清洁、无油污，将数个接箍串在同一根金属杆上并将两端固定；3、对接箍表面预热、喷涂首先，让接箍转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向移动预热至微微发蓝，以提高接箍表面的温度，增加粉末的沉积率和结合强度；被加热后从加热线圈端部伸出来的接箍立刻用金属粉末喷枪喷涂自润滑铁基合金粉末，直至喷涂至接箍的末端，喷涂后得到的涂层厚度在0.50mm～0.70mm范围；4、重熔冷却，采用中频感应加热装置对接箍进行表面感应加热，使其表面的合金涂层重熔，重熔温度控制在950℃-1050℃，即涂层出现镜面现象，并使接箍在转动状态下冷却下来。
步骤四、抛光后处理最后对接箍表面进行抛光处理，使其表面涂层厚度在0.25mm～0.60mm范围，粗糙度不超过Ra0.8μm，即得到自润滑铁基合金喷焊接箍。
本发明的优点本发明自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，操作简便，容易控制；可以保证FeS粉末不被氧化，而且能够实现喷焊粉末不同组分之间的均匀混合；表面感应加热处理不仅不影响接箍基体性能，而且使涂层与接箍之间形成冶金结合，具有很高的结合强度。通过这种方法制备的抽油杆接箍在无腐蚀或者低腐蚀油井中具有更强的耐磨性，同时FeS固体润滑剂的存在使得此类接箍在使用时在接箍/油管的摩擦表面之间形成有效润滑层，在保护接箍自身的同时实现对油管的保护。
具体实施例方式实施例一一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，其特征是，它包括下列步骤步骤一、固体润滑剂FeS粉末的制备1、选取北京益利精细化学品有限公司生产的分析纯级别的块状FeS粉末试剂；2、采用湿法研磨制备FeS粉末，以确保研磨过程中FeS粉末不会被氧化，即将500gFeS粉末装入上海索维机电设备有限公司生产的SMA-0.75型实验室篮式球磨机中，再将1400ml无水乙醇试剂倒入球磨机中，以球磨机中的磨粒球能够对大部分粉末充分研磨为宜，球磨机中的磨粒球能够对大部分粉末充分研磨，选定转速1440转/分后开始研磨，每隔30分钟停止球磨，将带有小颗粒FeS的溶液倒出，并采用滤纸进行过滤、风干，而将1400ml无水乙醇补充到球磨机中与剩余的大颗粒FeS形成新的混合液后继续研磨，如此反复数次，直到研磨机中剩余的大颗粒FeS很少后停止，3、将滤纸上风干的FeS粉末收集起来，在坩埚中略加研磨后，用浙江上虞华丰五金仪器厂生产的标准粒度筛筛分粉末，即可得到粒度范围20μm～102μm的FeS粉末；为保证喷涂过程中FeS粉末不被烧损，采用水热氢还原法对上一步骤中球磨筛分得到的FeS粉末进行镍包覆处理，即将1.5kgFeS粉末在中科院过程工程研究所自行研制的25L/6MPa高压反应釜内进行镍包覆试验，包覆过程中高压反应釜内的环境为170℃、4MPa和1100转/分，最后得到含镍50％质量百分含量的FeS粉末，使其表面的包覆率达到85％～90％，将得到的镍包FeS粉末采用浙江上虞华丰五金仪器厂生产的标准筛进行筛分，即可得到制作自润滑合金粉末所需的20μm～102μm粒度的镍包FeS粉末；通过包覆处理可以提高FeS粉末的流动性，有助于其与Fe55粉末的均匀混合，同时避免喷涂过程中出现FeS粉末堵塞枪嘴的现象；另一方面，镍包覆后也可使得FeS粉末在喷涂过程中不被烧损；步骤二、喷焊用合金粉末的混合1、选取成都大光热喷涂材料有限公司生产的DG.Fe55自熔合金粉末，其粒度范围20μm～102μm；2、将上一步骤中制得的镍包FeS粉末按照5％～30％质量百分含量与70％～95％质量百分含量的DG.Fe55自熔合金粉末粉末进行混合，FeS粉末粒度与DG.Fe55自熔合金粉末的粒度一致均为20μm～102μm，易于实现均匀混合的效果；通过“机械搅拌摇匀+筛分”方式进行混合，即首先将混在一起后的粉末首先用玻璃棒进行多次搅拌，然后将其放入密闭容器中反复摇晃多次，最后再将其倒入浙江上虞华丰五金仪器厂生产的150目和250目两级标准筛多次筛分混合，即完成整个粉末的均匀混合过程，即得到喷焊用自润滑铁基合金粉末。
步骤三、喷焊处理1、在100℃-120℃的烘干箱中对上一步骤中制得的自润滑铁基合金粉末进行干燥处理；2、抽油杆接箍表面预处理，对抽油杆接箍表面进行喷砂粗化处理，并使表面活化，保证表面清洁、无油污，将数个接箍串在同一根金属杆上并将两端固定；3、对接箍表面预热、喷涂首先，将接箍串杆穿过上海华仪感应加热设备有限公司生产中KGPS-160KW/8KHZ型中频感应加热器的感应线圈，并通过两端带有内螺纹的连接杆、卡盘加以固定，然后以145转/分钟～155转/分钟的速度让接箍串杆转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向以19mm/s～21mm/s的速度移动，使接箍表面自始端至终端依次被中频感应加热器的加热线圈预热一遍，预热时，中频感应加热器的输出功率保持在19KW～21KW，以除去柱塞表面的水分和提高接箍表面的温度，增加粉末粘接结合率，避免过多粉末撞击在冷工件上所造成的反弹损耗，预热一遍后即将中频感应加热器电源关闭；而被加热后从加热线圈端部伸出来的接箍立刻用上海瑞发喷涂机械有限公司生产的型号为QT-E20000-7/h的金属粉末喷枪喷涂上述步骤中得到的自润滑铁基合金粉末，直至喷涂完接箍的末端，喷涂后得到的涂层厚度在0.50mm～0.70mm范围，既保证最后打磨处理后接箍表面得到足够厚的涂层来保证其耐磨耐蚀和自润滑性能，同时也避免太厚的涂层造成太高的成本。喷涂时喷涂用合金粉末是通过气泵输送到金属粉末喷枪中的，并与氧气和乙炔在金属粉末喷枪中混合后从喷枪口送出，其中输送到金属粉末喷枪的氧气流量为0.39m3/h～0.41m3/h，乙炔流量为0.79m3/h～0.81m3/h，气泵的气体压力为0.023MPa～0.025Mpa；4、重熔冷却，继续采用上海华仪感应加热设备有限公司生产中KGPS-160KW/8KHZ型中频感应加热器对接箍进行表面感应加热，中频感应加热器的输出功率保持在103KW～107KW，接箍的转动速度为145转/分钟～155转/分钟，沿轴向的移动速度为13mm/s～15mm/s，使其表面的合金涂层充分重熔，重熔温度控制在950℃-1050℃，即涂层出现镜面现象，并使接箍在空气中转动状态下冷却下来。
步骤四、抛光后处理最后对接箍表面进行抛光处理，依次采用100#砂带和200#砂带打磨抛光，使其表面涂层厚度在0.25mm～0.60mm范围，保证柱塞在正常使用时期内的正常磨损消耗，同时避免涂层太厚引起成本过高。粗糙度不超过Ra0.8μm，即可得到自润滑铁基合金喷焊接箍。
实施例二一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，其制备过程包括固体润滑剂FeS粉末的制备、喷焊用合金粉末的混合、喷焊处理和重熔冷却四大步骤，其与实施例一的不同处在于，喷焊用自润滑铁基合金粉末由10％质量百分含量的镍包FeS粉末与90％质量百分含量的Fe55自熔合金粉末均匀混合而成，其它步骤均同实施例一。
实施例三一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，其特征是，制备过程包括固体润滑剂FeS粉末的制备、喷焊用合金粉末的混合、喷焊处理和重熔冷却四大步骤，其与实施例一的不同处在于，喷焊用自润滑铁基合金粉末30％质量百分含量的镍包FeS粉末与70％质量百分含量的Fe55自熔合金粉末均匀混合而成，其它步骤均同实施例一。
在实验室环境下对以上实施例进行磨损和腐蚀性能评价。磨损试验在MM-200型摩擦磨损试验机上进行，块试样采用油田用N80油管，环试样为45钢基材表面喷焊0.25～0.60mm厚的涂层，涂层成分分别为Ni60粉末和本发明中的含FeS的Fe55喷焊粉末。实验表明，在400N的试验载荷，400转/分的试验转速，以及20分钟试验时间和水润滑条件下，与N80块/45钢Ni60涂层环摩擦副相比，实施例一、二、三中涂层环试样的磨损量基本持平，但对应的块试样的磨损量则降低了近30倍，使得块试样与环试样的磨损量处于同一个数量级，并且在块试样的磨损表面发现了FeS层的涂抹现象，表明FeS粉末的添加有效地改善了合金喷焊层的自润滑性能，可以减少油管的磨损，对油管形成有效保护。
权利要求
1.一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，其特征是，它包括下列步骤步骤一、固体润滑剂FeS粉末的制备1、选取市售分析纯级别的块状FeS粉末试剂；2、采用湿法研磨制备FeS粉末，以确保研磨过程中FeS粉末不会被氧化，即按照1∶1～1∶5的体积比例将FeS粉末和无水乙醇试剂装入球磨机中，选定1000～2000转/分的转速，每隔半小时停止一次球磨，每次停止后将带有小颗粒FeS的溶液倒出，并采用滤纸进行过滤、风干，而将相应体积德的无水乙醇补充到球磨机中与剩余的大颗粒FeS形成同样体积的新的混合液后继续研磨，如此反复数次，直到研磨机中剩余的大颗粒FeS很少后即可停止，3、将滤纸上风干的FeS粉末收集起来，在坩埚中略加研磨后，用标准粒度筛筛分粉末，即可得到20μm～102μm粒度的FeS粉末；4、为保证喷涂过程中FeS粉末不被烧损，采用水热氢还原法对上一步骤中球磨筛分得到的FeS粉末进行镍包覆处理，即选取50％质量百分含量的镍进行包覆处理，使FeS表面的包覆率达到85％～90％，较好地避免喷涂过程中的烧损，同时相对适中的镍含量使得该步骤的加工成本不是很高；5、最后，将得到的镍包FeS粉末用标准粒度筛筛分粉末，即可得到制作自润滑合金粉末所需的20μm～102μm粒度的镍包FeS粉末；步骤二、喷焊用合金粉末的混合1、选取市售的Fe55自熔合金粉末，其粒度范围20μm～102μm；2、将上一步骤中制得的镍包FeS粉末按照5％～30％质量百分含量与70％～95％质量百分含量的Fe55自熔合金粉末粉末进行混合，为了得到均匀的混合效果，通过“机械搅拌摇匀+筛分”方式进行混合，即首先将混在一起后的粉末首先用玻璃棒进行多次搅拌，然后将其放入密闭容器中反复摇晃多次，最后再将其倒入150目和250目两级标准筛多次筛分混合，即完成整个粉末的均匀混合过程，即得到喷焊用自润滑铁基合金粉末。步骤三、喷焊处理1、在100℃-120℃的烘干箱中对上一步骤中制得的自润滑铁基合金粉末进行干燥处理；2、抽油杆接箍表面预处理，对抽油杆接箍表面进行喷砂粗化处理，并使表面活化，保证表面清洁、无油污，将数个接箍串在同一根金属杆上并将两端固定；3、对接箍表面预热、喷涂首先，让接箍转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向移动预热至微微发蓝，以提高接箍表面的温度，增加粉末的沉积率和结合强度；被加热后从加热线圈端部伸出来的接箍立刻用金属粉末喷枪喷涂自润滑铁基合金粉末，直至喷涂至接箍的末端，喷涂后得到的涂层厚度在0.50mm～0.70mm范围；4、重熔冷却，采用中频感应加热装置对接箍进行表面感应加热，使其表面的合金涂层重熔，重熔温度控制在950℃-1050℃，即涂层出现镜面现象，并使接箍在转动状态下冷却下来。步骤四、抛光后处理最后对接箍表面进行抛光处理，使其表面涂层厚度在0.25mm～0.60mm范围，粗糙度不超过Ra0.8μm，即得到自润滑铁基合金喷焊接箍。
全文摘要
本发明涉及一种自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍的制备方法，它包括下列步骤步骤一、固体润滑剂FeS粉末的制备，通过湿法球磨和镍包覆制得20μm～102μm粒度的镍包FeS粉末；二、喷焊用合金粉末的混合，以“机械搅拌摇匀+筛分”方式将5％～30％质量百分含量的镍包FeS粉末与70％～95％质量百分含量的Fe55自熔合金粉末均匀混合；三、对接箍表面喷焊处理，制得自润滑铁基合金涂层；四、对接箍表面进行抛光，使其表面涂层厚度在0.25mm～0.60mm范围，粗糙度不超过Ra0.8μm。本发明制作的自润滑铁基合金喷焊抽油杆接箍，具有更强的耐磨性及更好的减摩效果和自润滑作用，解决了低腐蚀油井中接箍磨损油管内壁的问题。
文档编号B24B1/00GK101050693SQ20071009951
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者田斌, 黄锦滨, 轩翠霞, 于海 申请人:安东石油技术(集团)有限公司