一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬鉆探施工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，淺層的礦產(chǎn)資源基本已經(jīng)探明，儲量十分有限，逐漸趨于枯竭。為了解決能源危機問題，國家提出了深部找礦計劃，鉆探行業(yè)正向深井、超深井的方向發(fā)展。同時，隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)與民用建筑的地質(zhì)勘探任務(wù)也越來越多，鉆探深度也越來越深。
[0003]在鉆探過程中，利用鉆機上的鉆頭成孔，利用泥漿泵通過高壓軟管和鉆桿上的中心孔，將地面泥漿池中的泥漿壓送至鉆頭，以達到冷卻鉆頭的目的。同時，泥漿泵還可將切削下來比重較輕混有巖肩的泥漿輸送到地表，進行清孔操作。
[0004]泥漿泵的使用壽命、工作效率主要取決于缸套性能。缸套由外模和內(nèi)襯組成，材質(zhì)多為合金鋼或硬質(zhì)合金。泥漿泵缸套一旦損壞，更換起來需要耗費大量的時間與人力，影響地質(zhì)勘探的鉆進效率，也會提高鉆探成本。泥漿泵缸套接觸的介質(zhì)為一定含砂量的泥漿，磨損很快。由合金鋼或硬質(zhì)合金制成的缸套外模和內(nèi)襯，經(jīng)常與泥漿中的砂磨擦，耐磨能力有限，壽命較短。因此尋找一種高度耐磨的新型材料制作泥漿泵缸套，延長工作壽命，為快速完成鉆探或地質(zhì)勘探任務(wù)提供保障，在地質(zhì)鉆探領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，意義重大。
[0005]賽隆陶瓷是由硅、鋁、氧、氮幾種元素組成的化合物，它硬度高、耐磨性好，但韌性及抗碰撞能力欠佳。若將賽隆陶瓷與合金鋼制成復(fù)合體，以賽隆陶瓷作為內(nèi)襯、以合金鋼作為外模制成泥漿泵缸套，既能充分發(fā)揮賽隆陶瓷的高耐磨性優(yōu)良特點，又能發(fā)揮合金鋼的韌性強、抗碰撞能力好等優(yōu)點。
[0006]經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，目前工程界利用賽隆陶瓷作為泥漿泵缸套內(nèi)襯研宄及應(yīng)用較少。如高如琴、全建軍等在《現(xiàn)代技術(shù)陶瓷》(2010年第3期)發(fā)表的“提高鉆井泵陶瓷缸套使用壽命的研宄”一文指出，工程陶瓷以其高硬度、高耐磨性、耐腐蝕性、表面性能好等優(yōu)點，在有腐蝕性、含有高硬度固相顆粒的鉆井泵缸套中以得到廣泛應(yīng)用。但文中提到的氧化鋁陶瓷雖然硬度和耐磨性能較高，但其脆性、抗沖擊性能難以滿足使用要求。另外，其他由氮化硅、碳化硅制成的陶瓷雖然硬度、耐磨性及抗壓、抗折性能較好，但在高溫甚至常溫下會發(fā)生氧化反應(yīng)造成磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套及其制作方法，解決現(xiàn)有泥漿泵缸套在實際使用過程中耐磨性能差、使用壽命短的問題，更好地滿足現(xiàn)代鉆探行業(yè)的需求。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套，包括鋼外模和內(nèi)襯，鋼外模為圓筒狀，鋼外模內(nèi)套有內(nèi)襯，所述的鋼外模的外表面上下端各有一個用來固定的凸起卡槽，內(nèi)襯為賽隆陶瓷內(nèi)襯，賽隆陶瓷內(nèi)襯為圓筒狀。
[0009]所述的鋼外模的材質(zhì)為45號鋼。
[0010]所述的鋼外模內(nèi)徑80mm、外徑83mm、高150mm，凸起卡槽外徑為88mm、高14mm和距端部2.3_。
[0011]一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套的制作方法，包括:
[0012]第一步，將硅粉、鋁粉、氧化鋁粉和碳化硅粉按S1:Al:A1203:SiC = 28:9:34:7.1的質(zhì)量比例混合到一起完成配料；
[0013]第二步，將配料放到球磨機中進行混料，混料保證10小時以上，使得各組分混合均勻，形成粉料；
[0014]第三步，將粉料從球磨機中取出，放入燒杯中均勻加入質(zhì)量百分比為5%的聚乙烯醇溶液，使粉料稍濕，攪拌均勻；
[0015]第四步，在賽隆陶瓷內(nèi)襯模具表面用聚乙烯醇膠水粘一層碳紙，將攪拌均勻后的粉料用藥匙一點點填入模具中，搗實，放置半小時，將粉料成型為生胚，脫掉模具外套；
[0016]第五步，將生胚用橡膠套密封，抽成真空，連同芯模一起放入冷等靜壓機的油腔內(nèi)，加壓到150MPa的壓力，穩(wěn)定壓力90秒后泄壓拿出生胚；
[0017]第六步，脫掉芯模，將生胚放到氮氣爐中進行氮化燒結(jié)，制作賽隆內(nèi)襯，燒結(jié)最高溫度設(shè)定為1550°C，每分鐘升溫10°C ;升溫到1400°C后保溫2小時，再升溫到1550°C保溫4小時，然后自然降溫，冷卻，賽隆陶瓷內(nèi)襯制作完成；
[0018]最后，用砂紙將賽隆陶瓷內(nèi)襯內(nèi)外表面打磨光滑，將鋼外模放在沸水中加熱，待膨脹后套在賽隆陶瓷內(nèi)襯上，待冷卻后鋼外模與賽隆陶瓷內(nèi)襯即能牢固地結(jié)合在一起。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021]賽隆陶瓷具有硬度高、抗磨性能好，又具有很高的抗腐蝕能力，用其作為泥漿泵缸套的內(nèi)襯能顯著提高缸套的使用壽命。
[0022]賽隆陶瓷制備過程簡單，且其制備材料可采用粉煤灰等工業(yè)廢渣，來源豐富，能變廢為寶，符合國家可持續(xù)發(fā)展的方針。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明鋼外模剖面圖。
[0024]圖2為本發(fā)明賽隆陶瓷內(nèi)襯模具圖一。
[0025]圖3為本發(fā)明賽隆陶瓷內(nèi)襯模具圖二。
[0026]圖4為本發(fā)明賽隆陶瓷缸套結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0028]實施例1
[0029]所述賽隆陶瓷泥漿泵缸套由鋼外模I和賽隆陶瓷內(nèi)襯組成。
[0030]所述鋼外模I的材質(zhì)為45號鋼，根據(jù)設(shè)計要求的尺寸由機械車床加工制作。如圖1所示，鋼外模I為圓筒狀(內(nèi)徑80mm、外徑83mm、高150mm)，外表面上下端各有一個用來固定的凸起卡槽(卡槽處外徑為88mm，高14mm，距端部2.3mm)。
[0031]所述賽隆陶瓷缸套制作步驟如下。
[0032]第一步，將硅粉、鋁粉、氧化鋁粉和碳化硅粉按質(zhì)量比例(S1:Al:Al203:SiC =28:9:34:7.1)混合到一起完成配料。
[0033]第二步，將配料放到球磨機中進行混料，混料一般需要保證10小時以上，來保證各組分混合均勻，形成粉料。
[0034]第三步，將粉料從球磨機中取出，放入燒杯中均勻加入5% (質(zhì)量百分比)的聚乙烯醇溶液，使粉料稍濕，攪拌均勻。
[0035]第四步，如圖2?3所示，在石墨模具(由底座2、外套3及芯模4組成，底座2上固定外套3，外套3內(nèi)安裝有一同軸的芯模4，外套3和芯模4之間形成型腔，尺寸與鋼外套相匹配)表面用聚乙烯醇膠水粘一層碳紙(便于脫模)，將攪拌均勻后的粉料用藥匙一點點填入模具中，搗實，放置半小時。將粉料成型為生胚，脫掉模具外套。
[0036]第五步，將生胚用橡膠套密封，抽成真空，連同芯模一起放入冷等靜壓機的油腔內(nèi)，加壓到150MPa的壓力，穩(wěn)定壓力90秒后泄壓拿出生胚。
[0037]第六步，脫掉芯模，將生胚放到氮氣爐中進行氮化燒結(jié)，制作賽隆內(nèi)襯。燒結(jié)最高溫度設(shè)定為1550°C，每分鐘升溫10°C ;升溫到1400°C后保溫2小時，再升溫到1550°C保溫4小時。然后自然降溫，冷卻，賽隆陶瓷內(nèi)襯制作完成。
[0038]用砂紙將賽隆陶瓷內(nèi)襯內(nèi)外表面打磨光滑。將金屬外套放在沸水中加熱。待膨脹后套在陶瓷內(nèi)襯上，待冷卻后金屬外套與內(nèi)襯即能牢固地結(jié)合在一起。(如圖4所示)。
【主權(quán)項】
1.一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套，包括鋼外模⑴和內(nèi)襯，鋼外模⑴為圓筒狀，鋼外模(I)內(nèi)套有內(nèi)襯，其特征是:所述的鋼外模(I)的外表面上下端各有一個用來固定的凸起卡槽，內(nèi)襯為賽隆陶瓷內(nèi)襯，賽隆陶瓷內(nèi)襯為圓筒狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套，其特征是:所述的鋼外模(I)的材質(zhì)為45號鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套，其特征是:所述的鋼外模(I)內(nèi)徑80mm、外徑83mm、高150mm，凸起卡槽外徑為88mm、高14mm和距端部2.3mm。
4.一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套的制作方法，包括: 第一步，將硅粉、鋁粉、氧化鋁粉和碳化硅粉按S1: Al =Al2O3: SiC = 28:9:34:7.1的質(zhì)量比例混合到一起完成配料； 第二步，將配料放到球磨機中進行混料，混料保證10小時以上，使得各組分混合均勻，形成粉料； 第三步，將粉料從球磨機中取出，放入燒杯中均勻加入質(zhì)量百分比為5 %的聚乙烯醇溶液，使粉料稍濕，攪拌均勻； 第四步，在賽隆陶瓷內(nèi)襯模具表面用聚乙烯醇膠水粘一層碳紙，將攪拌均勻后的粉料用藥匙一點點填入模具中，搗實，放置半小時，將粉料成型為生胚，脫掉模具外套； 第五步，將生胚用橡膠套密封，抽成真空，連同芯模一起放入冷等靜壓機的油腔內(nèi)，加壓到150MPa的壓力，穩(wěn)定壓力90秒后泄壓拿出生胚； 第六步，脫掉芯模，將生胚放到氮氣爐中進行氮化燒結(jié)，制作賽隆內(nèi)襯，燒結(jié)最高溫度設(shè)定為1550°C，每分鐘升溫10°C ;升溫到1400°C后保溫2小時，再升溫到1550°C保溫4小時，然后自然降溫，冷卻，賽隆陶瓷內(nèi)襯制作完成； 最后，用砂紙將賽隆陶瓷內(nèi)襯內(nèi)外表面打磨光滑，將鋼外模(I)放在沸水中加熱，待膨脹后套在賽隆陶瓷內(nèi)襯上，待冷卻后鋼外模(I)與賽隆陶瓷內(nèi)襯即能牢固地結(jié)合在一起。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種賽隆陶瓷泥漿泵缸套及其制作方法，將硅粉、鋁粉、氧化鋁粉和碳化硅粉按比例混合到一起完成配料，再放入球磨機粉料，出來后，加入聚乙烯醇溶液攪拌，再將混合后的料填入模具中成型為生胚，再進一步對生胚加壓、加溫制成賽隆陶瓷內(nèi)襯，將賽隆陶瓷內(nèi)襯與鋼外模(1)牢固地結(jié)合形成缸套。本發(fā)明具有硬度高、抗磨性能好，又具有很高的抗腐蝕能力，用其作為泥漿泵缸套的內(nèi)襯能顯著提高缸套的使用壽命，賽隆陶瓷制備過程簡單，且其制備材料可采用粉煤灰等工業(yè)廢渣，來源豐富，能變廢為寶，符合國家可持續(xù)發(fā)展的方針。
【IPC分類】F04B53-16
【公開號】CN104696211
【申請?zhí)枴緾N201510028682
【發(fā)明人】馬光大, 趙建立, 岳齊賢
【申請人】中冶天工上海十三冶建設(shè)有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月21日