一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法技术

本发明专利技术属于陶瓷技术领域，尤其是一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法，制备的钻井泵高耐磨性内衬耐磨性好，工程造价低重量轻，使用寿命高，耐腐蚀、防结垢，耐温性能好：且具有耐热与耐机械冲击等良好的综合性能，耐腐蚀，耐划伤，能够充分发挥陶瓷的高硬度，耐腐蚀，压应力下高强度的优点，延长使用寿命，节约资源，本发明专利技术旋转成型，改善烧结工艺，成功地解决了缸套生产中出现的变形问题，满足了缸套生产必须的大尺寸、薄壁、加工精度高的要求。薄壁、加工精度高的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法


[0001]本专利技术属于陶瓷
，尤其是一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法。

技术介绍

[0002]在石油钻井中，高压泥浆泵是钻井工作平台的的心脏，其中缸套内衬是泥浆泵最重要的部件，缸套内衬要承受高压力、高磨损、强腐蚀的的工况条件。目前国内外正常应用的泥浆泵缸套内衬主要是双金金属缸套内衬和工程结构陶瓷缸套内衬。两者之间的主要区别是缸套内衬内衬材料的不同。双金属缸套内衬内衬为高铬铸铁类金属材料；陶瓷缸套内衬内衬为氧化铝或氧化锆结构陶瓷材料。陶瓷缸套内衬于钻井泥浆泵运行时，活塞在陶瓷缸套内衬内往复运动，泥浆有很大的腐蚀性，在活塞和泥浆的共同作用下缸套内衬内壁受到磨损和腐蚀，导致内孔被划伤，从而失去密封性，此时缸套内衬就失效了。因此，缸套内衬的性能好坏直接影响其使用寿命。目前，钻井泵缸套基本上是由金属外套与陶瓷内套的结合，有离心浇铸结合型和热装结合型两种类型，生产的钻井泵缸套的使用寿命也有很大差别，大体在300~800h之间。现有的陶瓷衬套的突出缺点是容易产生脆性断裂，抗拉强度低。因为，金属外套与陶瓷内套的结合方式导致均匀性以及烧结性能的并不好，其韧性和抗拉强度也不高，例如自蔓延高温合成方法，利用放热化学反应的高温形成氧化铝陶瓷层，正是这种不均匀的放热，反应导致在对陶瓷层内表面进行磨削加工时，出现了诸如疏松、微裂纹、夹渣、孔隙等缺陷，目前尚没有批量制造出符合质量要求的产品，还有利用氧化铝陶瓷用冷等静压机成形，经高温烧结和磨削加工热装于金属制外套内，如中国专利CN2205452公开了“新结构金属与工程陶瓷复合钻井泥浆泵缸套”，其价格较高且与缸套的组合性能并不如自蔓延离心方式好，容易偏心不均匀，因此本领域技术人员亟待开发一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法及其应用方法。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法及其应用方法。
[0004]本专利技术通过以下技术方案实现：一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份数计，称量以下原料：在含有二氧化硅28.97%，氧化钠8.41%，模数为3.43的水玻璃溶液，加入氧化钠2.28~3.56份配成模数为2.5~2.8的水玻璃溶液100份；(2)将蛋白石燧石原矿粉碎至<100目、水洗浮选、沉降提纯、烘干，提纯后所得蛋白石燧石粉体为粘土含量极少的方英石与非晶态活性SiO2的混合物，提纯后的蛋白石燧石研磨至<100目后将该粉体在马弗炉内800~1000℃煅烧2~4h进行热活化处理，改善蛋白石燧石的表面活性；浆料制备：将蛋白石燧石粉体与聚乙二醇弄按20∶0.3质量比例分散于水中，蛋白石燧石与水的质量比为0.2~0.4，机械强力搅拌2~4h形成浆料，将混合好的浆料转移至水热反应釜中，于150~300℃水热碳化4~72h；e、自然冷却后，打开反应釜，离心洗涤至中性，60~80℃烘干，即得活性蛋白石燧石；(3)地聚物胶凝材
料制备：a.将步骤(1)制得的水玻璃溶液、步骤(2)制得的活性蛋白石燧石、赤泥重量比65~70:35~40:45~55的比例进行称取，将称取的活性蛋白石燧石和赤泥放入搅拌锅中，启动砂浆搅拌机进行搅拌，当搅拌均匀后，开始缓慢加入步骤(1)制得的水玻璃溶液，搅拌混合，当浆料的稀稠度适合时停止搅拌，即制得地聚物浆料，即地聚物胶凝材料；（4）按照陶瓷先驱体粉末与地聚物胶凝材料以重量比75~90:25~10的比例，混合均匀得陶瓷内衬浆料，然后通过预热后的钢套放置带有保温箱并旋转的滚轮架上，保温箱温度控制在190℃~210℃，陶瓷内衬浆料均匀倒入离心旋转600~900rpm的钢套内，借助离心力使其均匀粘附在钢套内壁；在保温箱内保温30分钟后取出旋转成型内衬，冷却至常温成型，将脱模后的样品在50℃下继续养护7天，制备成所需形状的坯体,充入惰性气体，在15~30MPa压力条件下，升温至260~360℃，保温20~35小时，采用氮气保护，升温至1200~1400℃，保温50~70分钟，使固化后的先驱体裂解转化成陶瓷；降温取出，即成。
[0005]进一步的，所述陶瓷粉末先驱体粉末为氯氧化锆。
[0006]本专利技术的有益效果：本专利技术公开的制备方法，将活性蛋白石燧石和赤泥等原料制备地聚物胶凝材料，并将陶瓷先驱体粉末与地聚物胶凝材料混合，使模具钢套进行旋转，物料被均匀地涂覆在整个模具的内表面上，然后将模具从加热炉中移到冷却室内进行冷却固化。此时模具仍处于双轴旋转状态，一直到物料完全固化为止，最后打开模具，取出制品，旋转成型具有下列特点，从旋转成型原理，利用离心力，旋转成型中钢套作为模具且不承压，因此使用的设备结构简单、制造方法方便，直接成型，制品壁厚均匀，且无边角废料，无焊缝，且硬度大、化学惰性强、强度和塑性好，具有更优异的良好的耐磨、耐腐蚀、耐热、耐机械冲击及耐热冲击性能。
[0007]本专利技术相比现有技术，具有如下优点：制备的钻井泵高耐磨性内衬耐磨性好，工程造价低重量轻，使用寿命高，耐腐蚀、防结垢，耐温性能好：且具有耐热与耐机械冲击等良好的综合性能，耐腐蚀，耐划伤，能够充分发挥陶瓷的高硬度，耐腐蚀，压应力下高强度的优点，延长使用寿命，节约资源，本专利技术旋转成型，改善烧结工艺，成功地解决了缸套生产中出现的变形问题，满足了缸套生产必须的大尺寸、薄壁、加工精度高的要求。
具体实施方式
[0008]下面用具体实施例说明本专利技术，但并不是对本专利技术的限制。
[0009]实施例1（1）按重量份数计，称量以下原料：在含有二氧化硅28.97%，氧化钠8.41%，模数为3.43的水玻璃溶液，加入氧化钠3.56份配成模数为2.8的水玻璃溶液100份；(2)将蛋白石燧石原矿粉碎至<100目、水洗浮选、沉降提纯、烘干，提纯后所得蛋白石燧石粉体为粘土含量极少的方英石与非晶态活性SiO2的混合物，提纯后的蛋白石燧石研磨至<100目后将该粉体在马弗炉内1000℃煅烧4h进行热活化处理，改善蛋白石燧石的表面活性；浆料制备：将蛋白石燧石粉体与聚乙二醇弄按20∶0.3质量比例分散于水中，蛋白石燧石与水的质量比为0.4，机械强力搅4h形成浆料，将混合好的浆料转移至水热反应釜中，于300℃水热碳化72h；e、自然冷却后，打开反应釜，离心洗涤至中性，80℃烘干，即得活性蛋白石燧石；(3)地聚物胶凝材料制备：a.将步骤(1)制得的水玻璃溶液、步骤(2)制得的活性蛋白石燧石、赤泥重量比70:40:
45的比例进行称取，将称取的活性蛋白石燧石和赤泥放入搅拌锅中，启动砂浆搅拌机进行搅拌，当搅拌均匀后，开始缓慢加入步骤(1)制得的水玻璃溶液，搅拌混合，当浆料的稀稠度适合时停止搅拌，即制得地聚物浆料，即地聚物胶凝材料；（4）按照陶瓷先驱体粉末与地聚物胶凝材料以重量比75:10的比例，混合均匀得陶瓷内衬浆料，然后通过预热后的钢套放置带有保温箱并旋转的滚轮架上，保温箱温度控制在210℃，陶瓷内衬浆料均匀倒入离心旋转900rpm的钢套内，借助离心力使其均匀粘附在钢套内壁；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井泵高耐磨性内衬的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按重量份数计，称量以下原料：在含有二氧化硅28.97%，氧化钠8.41%，模数为3.43的水玻璃溶液，加入氧化钠2.28~3.56份配成模数为2.5~2.8的水玻璃溶液100份；(2)将蛋白石燧石原矿粉碎至<100目、水洗浮选、沉降提纯、烘干，提纯后所得蛋白石燧石粉体为粘土含量极少的方英石与非晶态活性SiO2的混合物，提纯后的蛋白石燧石研磨至<100目后将该粉体在马弗炉内800~1000℃煅烧2~4h进行热活化处理，改善蛋白石燧石的表面活性；浆料制备：将蛋白石燧石粉体与聚乙二醇弄按20∶0.3质量比例分散于水中，蛋白石燧石与水的质量比为0.2~0.4，机械强力搅拌2~4h形成浆料，将混合好的浆料转移至水热反应釜中，于150~300℃水热碳化4~72h；e、自然冷却后，打开反应釜，离心洗涤至中性，60~80℃烘干，即得活性蛋白石燧石；(3)地聚物胶凝材料制备：a.将步骤(1)制得的水玻璃溶液、步骤(2)制得的活性蛋白石燧石、赤泥重量比65~7...

【专利技术属性】
技术研发人员：凤元军，
申请(专利权)人：安徽绿环泵业有限公司，
类型：发明
国别省市：