一种耐磨的泥浆泵泵轴及其制备方法技术

本发明专利技术属于泥浆泵技术领域，具体涉及一种耐磨的泥浆泵泵轴及其制备方法，所述的制备方法包括：(1)浇注泵轴坯料；(2)锻压成型；(3)泵轴粗化；将微米级氧化铝、纳米级氧化铝和金属镍粉搅拌混合，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后，干燥，研磨得到粉末混合物；以甲烷作为辅助气体，采用超音速火焰喷涂的方式将粉末混合物喷烧至泵轴表面，得到所述的泥浆泵泵轴；本发明专利技术在泥浆泵泵轴的表面热喷涂微米级氧化铝和纳米级氧化铝的混合粒子，该热喷涂的方法不仅提高了泵轴表面粒子的致密性，还进一步的优化了粒子间、界面处的应力状态，有效的提高了涂层的强度和韧性，确保了泥浆泵泵轴在使用过程中的耐磨性能，延长其使用寿命。

Wear resistant mud pump pump shaft and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of slurry pump, in particular relates to a wear-resistant slurry pump shaft and a preparation method thereof. The preparation method comprises: (1) casting the blank of the pump shaft; (2) forging forming; (3) coarsening the pump shaft; stirring and mixing micro-alumina, nano-alumina and nickel metal powder, adding silane coupling agent, and stirring uniformly. The mud pump shaft is obtained by spraying the powder mixture to the surface of the pump shaft with methane as auxiliary gas and supersonic flame spraying method, and the mud pump shaft is obtained. The spraying method not only improves the density of particles on the surface of the pump shaft, but also further optimizes the stress state between the particles and the interface, effectively improves the strength and toughness of the coating, ensures the wear resistance of the slurry pump shaft in use, and prolongs its service life.

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨的泥浆泵泵轴及其制备方法
本专利技术属于泥浆泵
，具体涉及一种耐磨的泥浆泵泵轴及其制备方法。
技术介绍
泥浆泵是地质钻探设备的心脏，它是固井、压裂、酸化等作业中的关键设备之一，它在石油化工、煤气化工工程、电站、矿山开采、船舶等行业中也起着重要的作用。泥浆泵属于往复泵，能输送高粘度、高含沙量及含磨砺性固体颗粒的液体。泥浆泵的构造包括设置于泵体内的叶轮泵轴动力组件和泵体所形成的泵腔及其内的叶轮，其进料口设置于泵体轴向的一侧端面，泵体的另一轴向侧端口与泵轴之间设置有密封机构，该密封机构的轴承侧密封圈组和叶轮侧密封圈组之间设有润滑油室，其叶轮侧密封圈组直接密封作用于泵轴和叶轮后端面上。现有技术中普遍认知的是，当泥浆泵输送粘稠的含有小颗粒物的物料时，叶轮高速旋转，小颗粒物会给叶轮的叶片带来较大的冲击力，在使用一段时间后，部分叶片的磨损较大，甚至发生局部叶片的断裂，为了不影响泥浆泵的生产，叶轮的质量非常重要。其实，在泥浆泵中，泵轴受到的磨损也不容忽视，如果泵轴在长期的使用过程中受到磨损而未得到及时的重视，泥浆泵的密封性能会受到很大的影响，可能造成设备损毁的事故。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种泥浆泵泵轴的制备方法，该泵轴具有优异的耐磨性能，从而确保泥浆泵泵轴的密封性能，确保其具有较长的使用寿命。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术提供了一种耐磨的泥浆泵泵轴的制备方法，包括以下步骤：(1)浇注泵轴坯料；所述的泵轴坯料中包括以下重量百分比的化学成分：C3.5～4.0％、Cr0.2～0.6％、Si1.5～2.8％、Ti0.05～0.12％、Nb0.4～0.8％、Al12～15％、Mn4.8～5.2％、Cu1.0～1.5％、Zn1.8～2.2％、In0.35～0.40％、As0.01～0.05％、Sb0.05～0.08％、Bi0.04～0.08％、Yb0.02～0.06％、余量为Fe和不可避免的杂质；(2)锻压成型；(3)表面处理；(3.1)对泵轴进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；(3.2)将微米级氧化铝和纳米级氧化铝按质量比为1：(3～5)称量并放入高速混合机中混合3～5min，接着加入上述物料总重量0.1～0.5％的金属镍粉，搅拌均匀后下料至搅拌桶中，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后，将其置于真空条件下干燥；接着在惰性气体的保护下于120～150℃的温度下加热3～5h，然后研磨得到粉末混合物；(3.3)以甲烷作为辅助气体，采用超音速火焰喷涂的方式将步骤(3.2)中粉末混合物喷烧至步骤(3.1)中的泵轴表面，得到所述的泥浆泵泵轴。优选的，步骤(1)中，所述的泵轴坯料中包括以下重量百分比的化学成分：C3.8％、Cr0.4％、Si1.9％、Ti0.08％、Nb0.6％、Al14％、Mn4.9％、Cu1.3％、Zn1.9％、In0.39％、As0.03％、Sb0.06％、Bi0.06％、Yb0.03％、余量为Fe和不可避免的杂质。优选的，所述的步骤(3.1)中，泵轴表面粗化的方法为喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛中的一种。优选的，步骤(3.2)中，微米级氧化铝的粒径为0.2～10μm；纳米级氧化铝的粒径为5～50nm。优选的，步骤(3.2)中，硅烷偶联剂的添加量为微米级氧化铝和纳米级氧化铝总重量的0.5～2.5％。优选的，步骤(3.2)中，真空干燥的工艺为，真空度为0.05～0.35Mpa，干燥温度为40～50℃。优选的，步骤(3.3)中，所述超音速火焰喷涂的喷涂参数为，采用氧气作为助燃气，氢气作为燃气，氮气作为送粉气体；所述氧气的压力为18～20bar，流量为300～800slpm，氢气的压力为4～5bar，流量为40～60slpm，辅助气体甲烷的压力为1～3bar，流量为5～10slpm，氮气的压力为3～9bar，流量为10～20slpm，送粉速度为50～100g/min，喷涂距离为150～300mm。本专利技术还提供了一种采用上述方法制备得到的耐磨的泥浆泵泵轴。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术中，泵轴坯料的C含量为3.5～4.0％，碳含量较高，确保了泵轴具有较高的初始强度；泵轴坯料中的Nb和Ti两种微量元素，与Mn协同配合，共同提高了泵轴的强度和硬度；此外，Nb和Ti两种微量元素还可以细化晶粒，弥散强化；所述的Cr与Yb配合，提高了泵轴坯料的淬透性，从而使得泵轴坯料在渗碳淬火时提高内层的强度；本专利技术中，在泥浆泵泵轴的表面热喷涂微米级氧化铝和纳米级氧化铝的混合粒子，该热喷涂的方法不仅提高了泵轴表面粒子的致密性，还进一步的优化了粒子间、界面处的应力状态，有效的提高了涂层的强度和韧性，确保了泥浆泵泵轴在使用过程中的耐磨性能，延长其使用寿命；本专利技术中，与微米级氧化铝和纳米级氧化铝共混的金属镍粉作为热喷烧的甲烷气体的裂解催化剂，在泵轴表面生成碳纳米管，该碳纳米管不仅具有较高的强度，还可以进一步的提高对外部输送介质的屏蔽效果，确保泵轴的密封效果。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术。本专利技术提供了一种耐磨的泥浆泵泵轴的制备方法，包括以下步骤：(1)浇注泵轴坯料；所述的泵轴坯料中包括以下重量百分比的化学成分：C3.5～4.0％、Cr0.2～0.6％、Si1.5～2.8％、Ti0.05～0.12％、Nb0.4～0.8％、Al12～15％、Mn4.8～5.2％、Cu1.0～1.5％、Zn1.8～2.2％、In0.35～0.40％、As0.01～0.05％、Sb0.05～0.08％、Bi0.04～0.08％、Yb0.02～0.06％、余量为Fe和不可避免的杂质；(2)锻压成型；锻造时要轻锤慢打，反复鐓拔，将材料心部组织击碎，始锻温度控制在1000～1050℃，终锻温度为800～850℃，两火成型，锻造比为3-4，锻后采用快冷到300～350℃然后坑冷或砂冷；(3)表面处理；(3.1)对泵轴进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；(3.2)将微米级氧化铝和纳米级氧化铝按质量比为1：(3～5)称量并放入高速混合机中混合3～5min，接着加入上述物料总重量0.1～0.5％的金属镍粉，搅拌均匀后下料至搅拌桶中，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后，将其置于真空条件下干燥；接着在惰性气体的保护下于120～150℃的温度下加热3～5h，然后研磨得到粉末混合物；(3.3)以甲烷作为辅助气体，采用超音速火焰喷涂的方式将步骤(3.2)中粉末混合物喷烧至步骤(3.1)中的泵轴表面，得到所述的泥浆泵泵轴。进一步优选的，所述的泵轴坯料中包括以下重量百分比的化学成分：C3.8％、Cr0.4％、Si1.9％、Ti0.08％、Nb0.6％、Al14％、Mn4.9％、Cu1.3％、Zn1.9％、In0.39％、As0.03％、Sb0.06％、Bi0.06％、Yb0.03％、余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术中，泵轴表面粗化的目的在于提高表面粗糙度，提高其与热喷涂粒子的结合面积和结合效率。步骤(3.1)中，泵轴表面粗化的方法为喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛中的一种。本专利技术中，所述的微米级氧化铝的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨的泥浆泵泵轴的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)浇注泵轴坯料；所述的泵轴坯料中包括以下重量百分比的化学成分：C 3.5～4.0％、Cr 0.2～0.6％、Si 1.5～2.8％、Ti 0.05～0.12％、Nb 0.4～0.8％、Al 12～15％、Mn 4.8～5.2％、Cu 1.0～1.5％、Zn 1.8～2.2％、In 0.35～0.40％、As 0.01～0.05％、Sb 0.05～0.08％、Bi 0.04～0.08％、Yb 0.02～0.06％、余量为Fe和不可避免的杂质；(2)锻压成型；(3)表面处理；(3.1)对泵轴进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；(3.2)将微米级氧化铝和纳米级氧化铝按质量比为1：(3～5)称量并放入高速混合机中混合3～5min，接着加入上述物料总重量0.1～0.5％的金属镍粉，搅拌均匀后下料至搅拌桶中，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后，将其置于真空条件下干燥；接着在惰性气体的保护下于120～150℃的温度下加热3～5h，然后研磨得到粉末混合物；(3.3)以甲烷作为辅助气体，采用超音速火焰喷涂的方式将步骤(3.2)中粉末混合物喷烧至步骤(3.1)中的泵轴表面，得到所述的泥浆泵泵轴。...

【技术特征摘要】
1.一种耐磨的泥浆泵泵轴的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)浇注泵轴坯料；所述的泵轴坯料中包括以下重量百分比的化学成分：C3.5～4.0％、Cr0.2～0.6％、Si1.5～2.8％、Ti0.05～0.12％、Nb0.4～0.8％、Al12～15％、Mn4.8～5.2％、Cu1.0～1.5％、Zn1.8～2.2％、In0.35～0.40％、As0.01～0.05％、Sb0.05～0.08％、Bi0.04～0.08％、Yb0.02～0.06％、余量为Fe和不可避免的杂质；(2)锻压成型；(3)表面处理；(3.1)对泵轴进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；(3.2)将微米级氧化铝和纳米级氧化铝按质量比为1：(3～5)称量并放入高速混合机中混合3～5min，接着加入上述物料总重量0.1～0.5％的金属镍粉，搅拌均匀后下料至搅拌桶中，加入硅烷偶联剂，搅拌均匀后，将其置于真空条件下干燥；接着在惰性气体的保护下于120～150℃的温度下加热3～5h，然后研磨得到粉末混合物；(3.3)以甲烷作为辅助气体，采用超音速火焰喷涂的方式将步骤(3.2)中粉末混合物喷烧至步骤(3.1)中的泵轴表面，得到所述的泥浆泵泵轴。2.根据权利要求1所述的耐磨的泥浆泵泵轴的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的泵轴坯料中包括以下重量百分比的化学成分：C3.8％、Cr0.4％、Si1.9％、Ti0.08％、Nb0.6％、Al14％、Mn4.9％、Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小民，
申请(专利权)人：安徽三环水泵有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34