纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法技术

本发明专利技术公开了纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法，包括缸套本体，所述缸套本体的内孔的内壁上镀覆一层纳米陶瓷复合电沉积保护层，纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：锻造，锻造后正火处理；粗车；热处理；精车；磨内孔；绗磨内孔；施镀纳米陶瓷复合电沉积保护层；镀后的缸套本体经过清洗和烘干后在外表面进行油漆涂装和标识，然后包装入库，完成生产流程。本发明专利技术的保护层与金属基体间结合力高、耐磨性能优异、镀后不改变基体金属的尺寸精度和表面粗糙度，无需二次加工，污染低，效率高、节省贵重合金材料，整体成本接近双金属缸套，性能接近陶瓷缸套，具有突出的性价比。

Slurry pump cylinder liner protected by nano-ceramic composite electrodeposition and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法
本专利技术涉及到泥浆泵
，特别涉及纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法。
技术介绍
泥浆泵是油田钻井修井时泥浆循环的核心装备，泥浆泵缸套是泥浆泵液力端的重要易磨损件，泥浆泵缸套的工作寿命直接影响泥浆泵的综合性能。缸套不仅要有足够的强度和刚性，而且还必须耐高温、耐腐蚀、耐磨损。目前已有的泥浆泵缸套主要有如下几种：单金属缸套：整体由单一合金钢制成，缸套内表面经过渗碳和高频热处理，表面硬度可达HRC58左右。其缺陷为：（1）缸套内壁耐磨性不好，服务寿命低；（2）不能适应当今主流钻井工况要求，已经基本淘汰。双金属缸套：外套采用优质碳素钢车削、磨削成型，内套采用高铬铸铁离心浇铸再加工而成，外套提供工作强度，内套（壁厚10-12毫米）经热处理之后硬度达到HRC60以上，能承受7500psi的泥浆压力，提供耐磨性能。成本适中，使用广泛。其缺陷为：（1）结构复杂，对内外套的过盈配合安装要求高，有内套脱出的技术隐患；（2）加工线路长：内外套都需要进行磨削加工以保证配合精度要求；硬度极高的高铬铸铁需要二次加工并且需要绗磨，工作效率低；（3）环境污染：高铬铸铁内套的冶炼加工过程中含铬粉尘的污染非常严重。陶瓷缸套：采用氧化锆、氧化锆增韧氧化铝（ZTA）、高性能A-99氧化铝陶瓷等材料体系。采用高纯纳米氧化锆和氧化铝微粉原材料，经先进的冷压工艺一次成型、高温烧结、装配，最后经高精度研磨抛光而成。陶瓷内套壁厚4-12毫米，具有很高的抗折、抗张强度，及耐酸碱腐蚀性能。其缺陷为：（1）成本高昂；（2）生产效率低——耐磨陶瓷内套的高精度研磨抛光费时费力。（3）粉尘污染——陶瓷生产过程中产生大量污染性粉尘。（4）性价比不高——在海上平台、丛林沙漠等物流困难地区才有应用优势。喷涂缸套：即在金属外套的内表面通过等离子设备喷涂一层耐磨材料。其缺陷为：（1）生产成本高，需要等离子喷涂专用设备；（2）喷涂过程中产生高气孔率，结合力差；（3）加工困难，生产效率低：对内壁上耐磨涂层的磨削加工很困难；（4）性能不稳定且成本高，基本被淘汰。公开号CN102052300A公开了一种泥浆泵用缸套及其制备方法，将合金材料覆着在缸套内壁，应用真空烧结技术，形成1.5mm的合金烧结层。烧结层材料选用高性能稀土镍基合金粉材添加微米级的硬质合金材料，提高烧结层整体的抗磨损性能，与本体金属基材结合强度好，烧结层洛氏硬度可达HRC:60-64。但是其存在如下缺陷：（1）高温烧结后涂层表面的粗糙度、同心度等远远达不到缸套成品的精度要求，烧结完成后必须在这层高硬度的耐磨金属陶瓷层上进行绗磨加工，这样做费时费力。（2）在1300°C高温下进行长达2-3小时的高温烧结。1300°C远远高于缸套金属基材的热相变温度（600-700°C），基体金属的金相组织必然发生巨大变化。另外烧结后在炉内经过数小时的随炉冷却，事实上是对缸套的金属基体材料进行了退火处理，缸套基体材料的机械性能乃至外形尺寸会大受影响。而这一切都是不可控的，这也是该技术一直以来在缸套制造行业不为接受的主要原因。（3）其保护层（金属陶瓷）厚度为0.5–1.5毫米，采用了铬、镍等贵重合金材料，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法，在普通合金钢缸套本体内壁上镀覆一层具有特殊性能的纳米陶瓷复合电沉积保护层，该保护层与金属基体间结合力高、耐磨性能优异、镀后不改变基体金属的尺寸精度和表面粗糙度，无需二次加工，污染低，效率高、节省贵重合金材料，整体成本接近双金属缸套，性能接近陶瓷缸套，具有突出的性价比，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套，包括缸套本体，所述缸套本体的内孔的内壁上镀覆一层纳米陶瓷复合电沉积保护层。进一步地，所述纳米陶瓷复合电沉积保护层的厚度为0.1毫米。进一步地，所述纳米陶瓷复合电沉积保护层（2）的镀液由如下以下重量份的各组分制成：微纳米碳化硅陶瓷颗粒150-250份、氧化钇5-15份、氧化铈5-10份、铬酐10-25份、稳定剂0.25-0.5份。本专利技术提供另一种技术方案：纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套的制备方法，包括如下步骤：S1：锻造，选用中碳合金钢铸件或者锻件材料按照规范完成缸套毛坯的锻造，锻造后正火处理；S2：粗车，按图纸粗车加工，各部留量3mm；S3：热处理，调质处理，HBW285-325；S4：精车，除内孔留磨量0.3-0.4mm外，其余各部尺寸和粗糙度按图纸要求车成；S5：磨内孔，内径留出镀层裕量0.15-0.25mm；S6：绗磨内孔，内径留出镀层裕量0.20-0.30mm；S7：施镀纳米陶瓷复合电沉积保护层；S8：镀后的缸套本体经过清洗和烘干后在外表面进行油漆涂装和标识，然后包装入库，完成生产流程。进一步地，S5的内孔全长锥度≤0.02mm，圆度≤0.03mm，内壁光洁度Ra0.8。进一步地，S6的内孔内壁光洁度Ra0.2。进一步地，S7的施镀工艺温度为40-60°C，电流15-30A/dm2，电压24-36V，时间5-6小时。进一步地，S7还包括如下步骤：S701：对内孔进行除油后采用热水清洗；S702：再次采用流水冲洗；S703：将缸套本体活化；S704：将缸套本体放入槽中镀液施镀；S705：镀后采用热水冲洗；S706：将S705的缸套本体加热除氢。进一步地，所述纳米陶瓷复合电沉积保护层的镀液包括如下组份：微纳米碳化硅陶瓷颗粒150-250份氧化钇5-15份氧化铈5-10份铬酐10-25份稳定剂0.25-0.5份。进一步地，所述镀液由各组分混合均匀后经过电解活化形成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提出的纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法，合理的性价比组合，保护层为铬极纳米碳化硅陶瓷复合电沉积镀层，镀层结合力高，镀层是在40-60°C常温下施工，对缸套基体金属材料的机械性能、外形尺寸和精度都没有任何影响，硬度高达HRC70-72，耐磨性能突出，性能优于双金属缸套（接近陶瓷缸套），成本明显低于陶瓷缸套（接近双金属缸套）。2.本专利技术提出的纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法，镀层厚度仅仅为0.1毫米，节约大量铬、镍、锆等贵重合金材料。3.本专利技术提出的纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法，减少双金属缸套、陶瓷缸套、镍基合金缸套等生产过程中的粉尘污染和重金属污染。4.本专利技术提出的纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套及其制备方法，本专利技术的镀层厚度可以精确控制，粗糙度不低于Ra0.2，完全满足缸套最终成品的精度要求，无需对耐磨保护层上进行二次加工，避免了陶瓷缸套、双金属缸套在高耐磨性材料表面进行磨削加工的逻辑矛盾，提高生产效率。附图说明图1为本专利技术的泥浆泵缸套结构示意图。图2为本专利技术的工艺流程图。图中：1、缸套本体；11、内孔；2、纳米陶瓷复合电沉积保护层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套，包括缸套本体（1），其特征在于，所述缸套本体（1）的内孔（11）的内壁上镀覆一层纳米陶瓷复合电沉积保护层（2）。

【技术特征摘要】
1.纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套，包括缸套本体（1），其特征在于，所述缸套本体（1）的内孔（11）的内壁上镀覆一层纳米陶瓷复合电沉积保护层（2）。2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套，所述纳米陶瓷复合电沉积保护层（2）的镀液由如下以下重量份的各组分制成：微纳米碳化硅陶瓷颗粒150-250份、氧化钇5-15份、氧化铈5-10份、铬酐10-25份、稳定剂0.25-0.5份。3.根据权利要求1所述的纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套，其特征在于，所述纳米陶瓷复合电沉积保护层（2）的厚度为0.1毫米。4.根据权利要求1-3任意一项所述的纳米陶瓷复合电沉积镀覆保护的泥浆泵缸套的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：锻造，选用中碳合金钢铸件或者锻件材料按照规范完成缸套毛坯的锻造，锻造后正火处理；S2：粗车，按图纸粗车加工，各部留量3mm；S3：热处理，调质处理，HBW285-325；S4：精车，除内孔留磨量0.3-0.4mm外，其余各部尺寸和粗糙度按图纸要求车成；S5：磨内孔（11），内径留出镀层裕量0.15-0.25mm；S6：绗磨内孔（11），内径留出镀层裕量0.20-0.30mm；S7：施镀纳米陶瓷复合电沉积保护层（2）；S8：镀后的缸套本体（1）经过清洗和烘干后在外表面进行油漆涂装和标识，然后包装入库，完成生产流程...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰瑞，杨博，李雷，张栋梁，刘洋，郭昭阳，邱杨，宣亮，
申请(专利权)人：宝鸡市石油矿山机械配件厂，
类型：发明
国别省市：陕西,61