[發明專利]提高液動沖擊錘耐沖蝕磨損的仿生學方法

無效

• 申請號: 201210433832.3
• 申請日: 2012-11-04
• 公開（公告）號: CN102888602A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 張成春;韓志武;張春艷;董立春;高科;王晶
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

技術領域

本發明屬沖蝕磨損技術領域，具體涉及一種根據仿生學原理提高液動沖擊錘的耐沖蝕磨損性能的方法。

背景技術

目前，液動沖擊錘是石油、天然氣及地熱鉆探等領域提高鉆探效率主要工作部件，在油氣鉆探行業廣泛應用。

液動沖擊錘在泥漿環境下工作時，泥漿中的固體顆粒會對液動沖擊錘內部的各密封運動部位產生磨損和卡阻。通過增大密封副螺旋槽的尺寸、適當增加了活塞的配合間隙，可在一定程度上解決阻卡問題，但固體顆粒就會進入到活塞缸套的配合面，使得活塞缸套磨蝕嚴重，大大降低了液動沖擊錘活塞的使用壽命。因此，研究液動沖擊錘活塞缸套的耐沖蝕磨損技術，是提高液動沖擊錘使用壽命，提高鉆探效率的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提出一種提高液動沖擊錘關鍵部件耐沖蝕磨損的仿生學方法，有效提高活塞缸套的耐沖蝕磨損性能。

為達到以上發明目的，本發明采用如下技術方案實現：

提高液動沖擊錘耐沖蝕磨損的仿生學方法包括下列步驟：

1．將液動沖擊錘中易損部件--上活塞1和下缸套2作為實施激光表面合金化處理的對象；

2．確定上活塞1和下缸套2待進行激光表面合金化處理的位置和區域：具體位置為上活塞1的外表面和下缸套2的內表面，上活塞1的外表面和下缸套2的內表面待進行激光表面合金化處理的區域為合金層區域，合金層區域呈條紋狀，且與活塞運動方向一致；上活塞合金層條紋弧長l₁與上活塞直徑d之比l₁/d和下缸套合金層條紋弧長L₁與下缸套直徑D之比L₁/D均為0.1～0.3，上活塞母材條紋弧長l₂與上活塞合金層條紋弧長l₁之比l₂/l₁、下缸套母材條紋弧長L₂與下缸套合金層弧長L₁之比L₂/L₁均為0.5～1；

3．對步驟2確定的待進行激光表面合金化處理的區域進行激光表面合金化處理，使其表面呈現類似毛蚶表面軟硬相間的結構，具體包括下列步驟：

3.1制備合金涂敷粉末：選用粘結效果好、激光照射后易氣化、不影響合金層形成和合金層性能的有機粘合劑，將金屬錳粉與有機粘合劑調制成均勻的膏狀合金涂敷粉末；

3.2制定合金涂敷粉末添加方式：將步驟3.1制備的膏狀合金涂敷粉末預涂于步驟2確定的上活塞1和下缸套2待進行激光表面合金化處理的位置和區域；

3.3激光器選擇和激光束參數：選用10kW?CO₂激光器作為激光光源，待膏狀合金涂敷粉末預涂層干燥后，用功率為0.1～10kW、光斑直徑為1～5mm、激光掃描速率為0.5～50mm/s的激光束進行處理；

3.4激光器處理過程：激光處理過程中用氬氣進行側吹保護。

本發明提出的仿生液動沖擊錘耐沖蝕磨損方法，是根據毛蚶耐沖蝕磨損特性，模仿其外殼軟硬相間的表面結構，利用激光合金化技術在液動沖擊錘活塞及缸套表面制備仿生耐沖蝕表面，即母材條紋b與合金層條紋a呈軟硬相間的分布。

本發明的有益效果在于：

1.采用本發明使液動沖擊錘中的易磨損件--上活塞和下缸套經激光合金化處理后形成的仿生表面具有軟硬相間的特性，其中的硬質合金層能有效地阻止泥沙對壁面造成大面積的沖蝕損壞，母材由于硬度較小會率先磨損形成溝槽，這種溝槽對泥漿顆粒起到導流作用，進一步減小了配合面的磨損，故能使上活塞和下缸套的耐磨性明顯提高。

2.錳元素易于獲得，仿生激光合金化處理簡單易行。

附圖說明

圖1為液動沖擊錘中上活塞的結構示意圖

圖2為液動沖擊錘中下缸套的結構示意圖

圖1與圖2中：1.上活塞，2.下缸套，a.合金層條紋，b.母材條紋，l₁-上活塞合金層條紋弧長，l₂-上活塞母材條紋弧長，d-上活塞直徑，L₁-下缸套合金層條紋弧長，L₂-下缸套母材條紋弧長，D-下缸套直徑

圖3為母材微觀組織金相照片

圖4為激光加工后合金層微觀組織金相照片

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的描述。

本實例的一個具體實施方式為：