[發明專利]一種高壓注漿成型制備石油鉆井用陶瓷缸套的方法

在審

• 申請號: 201911049577.0
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110845231A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 楊碩;師琳璞;薛建強;李重理
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/634;C04B35/636;B28B1/24;F04B53/16
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 孫笑飛

一種高壓注漿成型制備石油鉆井用陶瓷缸套的方法，取氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、氧化釔、氧化鈰和二氧化鈦為原料，并將各原料按重量分成若干份；以制備80—85%固含量的漿料為目標稱取水，并將水與分散劑、粘結劑和增強劑均勻混合成預混液置于球磨罐中，然后按照原料所分的份數，逐份分批次將原料投入球磨罐中，并在投入每份原料后均進行球磨，且各批次投料后球磨的時間依次延長，球磨制成的漿料注入模具中，并逐步增大注漿壓力，保壓一定時間后脫模得到坯體干燥、脫膠，然后于氣氛爐中燒結制得陶瓷缸套。制備陶瓷缸套，相對密度達到98.9?99.3%，抗彎強度達到1200?1275MPa，斷裂韌性達到10.5?11.8 MPa·m1/2，具有優異的綜合性能。

技術領域

本發明涉及一種高壓泥漿泵陶瓷缸套的制備方法，具體地說是一種高壓注漿成型制備石油鉆井用陶瓷缸套的方法。

背景技術

在石油鉆井中，高壓泥漿泵是鉆井平臺的心臟，其中缸套是泥漿泵最重要的部件，在作業時要承受高壓力、高磨損、強腐蝕的工況條件，是鉆井泵的主要易損件之一，其質量和性能的好壞直接影響到鉆井工作的正常進行。

目前使用較多的缸套主要有雙金屬缸套、氧化鋁為主體的陶瓷缸套、氧化鋯為主體的陶瓷缸套等，其中雙金屬缸套不耐磨、易被腐蝕，使用壽命不超過500h。而陶瓷缸套多數使用干式成型方法，如公開號為CN106699175A、CN106286274B的中國發明專利，均采取將球磨后的造粒粉先預壓再冷等靜壓成型（CIP）的方法制得坯體，該成型方式的缺點在于：1）無論是在剛性模具中預壓，還是在包套后冷等靜壓的成型過程中坯體的壓力傳遞沿缸套坯體厚度方向存在梯度損失，易導致坯體密度分布不均勻，這樣宏觀上坯體易出現整體或局部變形，增加了后期加工的成本和難度，微觀上坯體內部結構均勻性也不理想，易出現氣孔和尺寸異常的晶粒；2）干式成型方法，即便用很高的等靜壓壓力保壓，其所得坯體密度仍與理論極限值差距較大，在使用微米級原料粉時，往往須通過很高的燒結溫度才能實現較好的致密度，但燒結溫度偏高會使燒成品晶粒變大，導致強度和耐磨性的下降；若使用亞微米級或納米級的較高燒結活性原料，雖可降低致密化溫度，但造成了成本的增加；3）干式成型自動化程度低，需要多道工序且只有少部分可以自動化，其余需要人工操作。故干式成型方法，其燒結后的陶瓷缸套的強度、斷裂韌性、耐磨性等方面均與使用要求存在差距，實際使用壽命難以超過4000h。

現今在海洋、深井等復雜或惡劣條件下，尤其是隨著大排量、高壓力泵的應用，對缸套的強度、耐磨耐蝕性、使用壽命均提出了更高的要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有成型技術坯體內部結構均勻性不理想。強度低的問題，提供一種高壓注漿成型制備石油鉆井用陶瓷缸套的方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種高壓注漿成型制備石油鉆井用陶瓷缸套的方法，包括如下步驟：

（1）、取氧化鋯、氧化鋁、碳化硅、氧化釔、氧化鈰和二氧化鈦為原料，并將各原料按重量分成若干份備用。

（2）、按照步驟（1）所取原料，以制備80—85%固含量的漿料為目標稱取水，并將水與分散劑、粘結劑和增強劑均勻混合成預混液。

（3）、將步驟（2）制成的預混液置于球磨罐中，然后按照原料所分的份數，逐份分批次將原料投入球磨罐中，并在投入每份原料后均進行球磨，且各批次投料后球磨的時間依次延長，球磨制成的漿料備用。

（4）、將步驟（3）制成的漿料注入模具中，并逐步增大注漿壓力，保壓一定時間后脫模得到坯體。

（5）、將步驟（4）得到的坯體干燥后加熱脫膠，然后于氣氛爐中燒結制得陶瓷缸套。

所述的分散劑為聚丙烯酸銨、檸檬酸銨、聚羧酸銨或聚碳酸酯。

所述的粘結劑為聚乙烯醇。

所述的增強劑為改性淀粉、栲膠或棉花纖維。