一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达及其制备方法。所述螺杆钻具马达包含定子和转子，所述定子由定子基体以及设置于定子基体内表面的金刚石耐磨层A组成，所述转子由转子基体以及设置于转子基体外表面的金刚石耐磨层B组成，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B均由合金和金刚石组成，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B的厚度均为2～5mm，本发明专利技术利用3D打印技术一体化成型定子基体、转子基体以及金刚石耐磨层可提高螺杆马达制造的精度，降低其成型难度，提高生产效率，降低生产成本，含金刚石耐磨层的螺杆钻具马达具有强耐磨、抗冲蚀、耐高温、耐腐蚀、承压能力强等优点，提高了螺杆钻具的使用寿命，扩大了工程应用范围。扩大了工程应用范围。扩大了工程应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种石油钻井用螺杆钻具马达，具体涉及一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达及其制备方法。

技术介绍

[0002]螺杆钻具广泛应用于井下动力钻进，马达是螺杆钻具最核心的部分。螺杆钻具马达由定子和转子组成。传统螺杆钻具马达定子采用橡胶注衬在钢套内部制成，缺点是不耐高温、不耐腐蚀、耐磨性及承压能力均较低，转子通常由一根钢体经过铣削而成，外表面需经过表面强化处理以提高其耐磨性，其制造工艺复杂。螺杆钻具马达在井下使用过程中定子和转子相互摩擦，并受到钻井液及井下颗粒的冲蚀，导致螺杆钻具马达的使用寿命降低。尤其是近些年来随着钻井工业的发展，钻井作业深度及井底温度越来越高，对螺杆钻具的要求也越来越高，因此需要一种更耐磨、适用范围更广的螺杆钻具马达来满足生产要求。
[0003]3D打印技术属于快速制造技术的一种，因其产品设计制造周期短，可制造复杂零部件，生产产品精度高而受到了广泛关注，然而现有技术还未有采用3D打印制作方法制备强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达的报道。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达，所提供的螺杆钻具马达具有强耐磨、抗冲蚀、耐高温、耐腐蚀、使用寿命长等优点。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达的制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种螺杆钻具马达，所述螺杆钻具马达包含定子和转子，所述定子由定子基体以及设置于定子基体内表面的金刚石耐磨层A组成，所述转子由转子基体以及设置于转子基体外表面的金刚石耐磨层B组成，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B均由合金和金刚石组成，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B的厚度均为2～5mm。
[0008]本专利技术所提供的螺杆钻具马达，在定子基体与转子基体表面均设定有厚度为2～5mm的金刚石耐磨层，大幅提升了螺杆钻具马达的耐磨性能、抗冲蚀性能、耐高温性能以及耐腐蚀性能，使得螺杆钻具马达的寿命大幅提升。
[0009]优选的方案，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B中，合金和金刚石的体积比均为1～9：1，合金的成分组成均为：铜20～50％、锡3～7％、碳化钨20～60％、镍1～10％、锰1～6％、钴1～15％。
[0010]本专利技术中所提供的金刚石耐磨层A与B，均由合金和金刚石组成，其中合金中，以铜和锡作为骨架材料起支撑作用，镍、钴和锰作为提高耐磨层胎体性能的合金材料，碳化钨主要起到增强耐磨层的耐磨性，在上述成份和组成的控制下，使得具有优异的耐磨性能，专利技术人发现，耐磨层原料的配比很重要，若预制合金微粉比例设置不合理，那么制得的定子、转
子耐磨层耐磨性较低，无法发挥强耐磨抗冲蚀的作用。
[0011]进一步的优选，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B中的成份配比相同，且合金的成分组成均为：铜30～45％、锡4～7％、碳化钨30～40％、镍5～8％、锰4～6％、钴5～12％。
[0012]专利技术人发现，将金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B的成份配比控制在上述范围内，所提供的螺杆钻具马达的耐磨性能、抗冲蚀性能最优。
[0013]优选的方案，所述定子基体与转子基体的材质为铁。
[0014]优选的方案，所述转子位于定子内腔中，转子外表面到定子内表面的距离为0.1～0.5mm，两者的配合方式采用间隙配合。
[0015]本专利技术一种螺杆钻具马达的制备方法，将铁粉与结合剂混合获得定子与转子混合料，再将定子与转子混合料进行混炼、造粒、拉丝获得定子与转子丝状料，按设计比例配取金刚石微粉、合金原料粉末与结合剂混合获得耐磨层混合料，将耐磨层混合料混炼、造粒、拉丝获得耐磨层丝状料，将定子与转子丝状料打印分别获得定子基体生坯与转子基体生坯，同时将耐磨层丝状料于定子基体生坯表面打印耐磨层获得定子生坯，将耐磨层丝状料于转子基体生坯表面打印耐磨层获得转子生坯，再将定子生坯及转子生坯依次进行脱脂、烧结即得螺杆钻具马达。
[0016]优选的方案，所述定子与转子混合料中，按质量比计，铁粉:粘结剂＝5～20:1。
[0017]优选的方案，所述合金原料粉末，按质量百分比计，成份组成如下：铜粉20～50％、锡粉3～7％、碳化钨粉20～60％、镍粉1～10％、锰粉1～6％、钴粉1～15％。
[0018]进一步的优选，所述合金原料粉末，按质量百分比计，成份组成如下：铜30～45％、锡4～7％、碳化钨30～40％、镍5～8％、锰4～6％、钴5～12％。
[0019]优选的方案，所述金刚石微粉的粒径≤150μm、所述合金原料粉末的粒径≤100μm。
[0020]优选的方案，所述耐磨层混合料中，按质量比计，(金刚石微粉+合金原料粉末):粘结剂＝5～20:1。
[0021]优选的方案，所述耐磨层混合料中，合金原料粉末与金刚石微粉的体积比为1～9:1。
[0022]优选的方案，所述定子与转子混合料、耐磨层混合料中的结合剂，按体积百分比计，组成均如下：丙烯酸接枝聚乙烯30～50％、石蜡15～30％、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物20％～50％、硬脂酸5～15％。
[0023]本专利技术中，以丙烯酸接枝聚乙烯、苯乙烯
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异戊二烯
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苯乙烯嵌段共聚物作为粘结剂的骨架成分，一方面使丝材同时兼具柔韧性、高弹性、刚性，同时在脱脂工艺中按不同粘结剂组元设置梯度脱脂温度，得到脱脂率高，较为完整的生坯，避免单一粘结剂在脱脂时大量分解产生孔隙，坯体支撑力不足造成裂隙、塌陷等脱脂缺陷，以硬脂酸为表面活性剂能够润湿金属粉末，提高粘结剂对金属粉末的包覆能力，石蜡作为润滑剂能使丝材具有良好的流动性，便于打印成型，将粘结剂的组成控制在本专利技术的范围内，使所制备的丝材均具有较好柔韧性、流动性、均匀性，以便打印得到性能均一的生坯。
[0024]优选的方案，获取定子与转子丝状料与耐磨层丝状料过程中，混炼的温度均为180～190℃，混炼的时间均为80～100min。
[0025]优选的方案，所述定子与转子丝状料与耐磨层丝状料的直径均为1.65～1.85mm。
[0026]在本专利技术中，通过先制得丝状料，然而再进行熔融挤出成型，可以充分的保证从喷嘴中挤出材料的均匀性。
[0027]优选的方案，将定子与转子丝状料与耐磨层丝状料分别置于双喷头FDM打印机对应的双进料口，先由其中一喷头打印定子基体生坯与转子基体生坯，由另一喷头同步打印设置于定子基体生坯与转子基体生坯表面的耐磨层。
[0028]专利技术人发现，采用双喷头打印使耐磨层和基体一体化成型，最终成得螺杆钻具马达的性能最优。
[0029]优选的方案，所述打印过程中，打印的参数均为：打印层厚为0.1～0.3mm，打印平台温度为50～60℃，打印喷头温度180～200℃。
[0030]在实际本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达，其特征在于：所述螺杆钻具马达包含定子和转子，所述定子由定子基体以及设置于定子基体内表面的金刚石耐磨层A组成，所述转子由转子基体以及设置于转子基体外表面的金刚石耐磨层B组成，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B均由合金和金刚石组成，所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B的厚度均为2～5mm。2.根据权利要求1所述一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达，其特征在于：所述金刚石耐磨层A与金刚石耐磨层B中，合金和金刚石的体积比均为1～9：1，合金的成分组成均为：铜20～50％、锡3～7％、碳化钨20～60％、镍1～10％、锰1～6％、钴1～15％。3.根据权利要求1或2所述一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达，其特征在于：所述定子基体与转子基体的材质为铁；所述转子位于定子内腔中，转子外表面到定子内表面的距离为0.1～0.5mm，两者的配合方式采用间隙配合。4.根据权利要求1
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3任意一项所述的一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达的制备方法，其特征在于：将铁粉与结合剂混合获得定子与转子混合料，再将定子与转子混合料进行混炼、造粒、拉丝获得定子与转子丝状料，按设计比例配取金刚石微粉、合金原料粉末与结合剂混合获得耐磨层混合料，将耐磨层混合料混炼、造粒、拉丝获得耐磨层丝状料，将定子与转子丝状料打印分别获得定子基体生坯与转子基体生坯，同时将耐磨层丝状料于定子基体生坯表面打印耐磨层获得定子生坯，将耐磨层丝状料于转子基体生坯表面打印耐磨层获得转子生坯，再将定子生坯及转子生坯依次进行脱脂、烧结即得螺杆钻具马达。5.根据权利要求4所述的一种强耐磨、抗冲蚀的螺杆钻具马达的制备方法，其特征在于：所述定子与转子混合料中，按质量比计，铁粉:粘结剂＝5～20:1；所述合金原料粉末，按质量百分比计，成份组成如下：铜粉20～50％、锡粉3～7％、碳化钨粉20～60％、镍粉1～10％、锰粉1～6％、钴粉1～15％；所述金刚石微粉的粒径≤150μm、所述合金原料粉末的粒径≤100μm；所述耐磨层混合料中，按质量比计，(金刚石微粉+合金原料粉末):粘结剂＝5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍和，刘玉杰，吴冬宇，张鑫鑫，孙平贺，刘磊磊，刘飚，曹函，贺勇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：