[發明專利]一種用于制造抽油桿的方法

在審

• 申請號: 201711405809.2
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108559989A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 杜博睿;王淼輝;葛學元;申博文;范斌;梁金明
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種桿類部件表面耐腐蝕耐磨涂層的制備方法，具體涉及一種使用超高速率激光熔覆技術制備抽油桿的方法。本發明通過選擇合適的金屬粉末、調整粉末匯聚點和激光焦點的位置、調節工藝參數等方法，可快速精確地生產出表面平整度好、厚度小、無缺陷的帶鎳基耐腐蝕耐磨涂層的抽油桿，實現了超高速率激光熔覆，達到提高生產效率、節約生產成本的目的。

技術領域

本發明涉及一種桿類部件表面耐磨耐腐蝕層的制備方法，具體涉及一種使用超高速率激光熔覆制備抽油桿的方法，屬于表面處理技術領域。

背景技術

抽油桿適用于油田的采油，是抽油系統中的重要組成部分，起到連接抽油機和抽油泵并傳遞動力的作用。目前油田的開發已進入高含水期，采出液的礦化度高，井液中含有CO2、H2S、鹽水等腐蝕介質。以優質碳素鋼或合金鋼為原材料生產的抽油桿在井液介質中服役過程中，由于化學腐蝕和電化學腐蝕的雙重作用，導致抽油桿的嚴重腐蝕，進而造成油井故障。且由于抽油桿在運行中不可避免地要與油管發生摩擦，進一步加劇了抽油桿表面的損壞。根據礦場應用經驗，抽油桿的損壞中由于腐蝕和磨損引起的損壞占80%以上。

目前為止，相關研究人員針對腐蝕和磨損問題展開了許多研究，主要的耐腐蝕磨損的方法有三種：加入緩蝕劑、電鍍和激光熔覆。

（1）加入緩蝕劑。緩蝕劑可以在抽油桿表面形成有一種致密的保護膜，是抽油桿本體與腐蝕介質隔離開，達到保護抽油桿的目的，形成的保護膜對偏磨還能起到一定的防治作用。但緩蝕劑要根據腐蝕形式和腐蝕介質進行選擇，而實際工況的腐蝕形式和腐蝕介質很復雜，且保護膜的耐磨性很差，因此保護作用不明顯。

（2）電鍍技術。目前國內使用最為廣泛的方法是電鍍技術，該方法工藝簡單成本低廉。但鍍層與基體為物理結合，結合力差，在長時間摩擦、腐蝕的工作狀態下易出現涂層破碎、剝落的現象。嚴重影響保護效果。

（3）激光熔覆技術。該方法基于激光能量集中、能量密度分布均勻的特點，在熱輸入量很小的條件下在基體表面形成均勻致密的鎳基涂層，涂層與基體為冶金結合狀態，避免了孔隙裂紋的產生，從而徹底阻隔了腐蝕介質與基體的接觸。但傳統的激光熔覆速率較低，且熔覆后涂層粗糙度較大，還需要如車削等機械加工保證部件尺寸精確度，因此生產效率低下。同時為了更快的制備大面積涂層，傳統的激光熔覆方法使用提高激光功率和增加光斑面積的方法，但過高的功率會提高抽油桿的溫度梯度，導致在加工后發生變形。

發明內容

本發明針對傳統激光熔覆方法熔覆速率低、熔覆后涂層表面平整度低的問題，采用同軸送粉式激光熔覆方式，通過精確控制粉末匯聚點(粉斑)和激光焦點（光斑）的位置，實現超高速率激光熔覆，并保證熔覆后涂層表面平整度。需要說明的是，本發明中的超高速是相對于現有的激光熔覆速度而言的，該超高速具體是指激光掃描線速度大于等于20m/min。

本發明技術方案的具體內容是：

該抽油桿包括抽油桿基體和熔覆在該基體上的涂層。該方法的步驟是：

（1）對鎳基粉末篩分及凈化處理，獲得粒度范圍為15～50μm、球形度大于90%的粉末，然后經過保溫溫度120～150℃、保溫時間1.5～3.5h的烘干處理后真空封存，備用。

（2）設定超高速率激光熔覆的工藝參數，具體工藝是：光斑直徑為1～3mm，抽油桿表面線速度即熔覆速率為20～100m/min，每轉進給量0.2～0.4mm，激光功率為900～1600W，送粉速率為5～25g/min。

（3）將表面光潔無缺陷、直徑小于成品直徑0.2～0.6mm的抽油桿基體裝夾在數控設備的回轉機構上，并調整光斑和粉斑相對抽油桿基體待熔覆面上方的位置，使得鎳基粉末以液滴的形式滴入基體表面的熔池與基體結合。