涂覆鐵基非晶金屬涂層的往復泵15Mpa壓力柱塞的制作方法

本發明涉及非晶合金涂層技術領域，尤其是涂覆鐵基非晶金屬涂層的往復泵15Mpa壓力柱塞。

背景技術：

在機械零件制造中，經常遇到對零件的表層要求有比零件機體更高的機械性能，如硬度、強度、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕等等。為達到此目的，常常采用在零件表面涂覆一層具有理想性能材料的涂層，這種涂覆技術，已在機械制造中，廣泛應用。國內石油開采大多采用地層注水采油方式，往復式柱塞注水泵是注水采油的關鍵設備，工作壓力約為10-40Mpa左右，注水泵柱塞是注水泵的核心部件，所注水質含有泥沙顆粒物和腐蝕性物質，由于磨損、腐蝕和壓力存在，造成柱塞出現溝槽、點腐蝕、涂層脫落等情況，使其密封差造成柱塞失效。因柱塞失效，設備不得不停機更換，直接產生柱塞的零件頻繁更換費用，間接造成了設備利用率降低。目前國內石油注水泵柱塞一般采用耐蝕合金剛作為基材，表面噴焊鎳60等合金材料，由于水質不同，工作壓力15Mpa柱塞壽命一般只在700小時左右。

技術實現要素：

本發明經多年實踐提供最先進的技術，是把美國LMC公司的專有鐵基非晶合金引用到中國石油機械上，來解決注水泵柱塞使用壽命短的問題。非晶合金又稱為液態金屬，是指材料在固態條件下保留了金屬在液態狀況下原子的三維空間無序排列，也就是金屬沒有了固有的晶界，由于晶界的消失，和傳統合金比較，非晶合金的耐腐蝕性、硬度和韌性大大增強，美國LMC是該材料在全球該領域的領軍企業之一。我們通過特殊熱噴涂技術，把非晶合金涂覆在柱塞表面，從而大大提高其使用壽命。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：該生產工藝包括如下步驟：（一）、基材選用304不銹鋼，按柱塞設計尺寸進行初加工，除了在柱塞往復運行區域單邊留出0.5mm涂層余量外，其他區域均應達到設計要求；（二）、表面毛化處理，采用金剛砂或同等硬度砂石對柱塞表面進行噴砂毛化處理以提高零件表面粗糙度，要求粗糙度達到Sa12.5微米以上；（三）、采用超音速電弧噴涂技術噴涂非晶合金材料，噴涂材料采用美國LMC公司的鐵基非晶合金，噴涂厚度為0.7mm；（四）、使用磨床對噴涂后的柱塞進行磨削處理，磨削減量0.2mm，磨削后柱塞各項參數達到柱塞設計要求；（五）、采用聚氨酯進行封孔處理，處理完成后用酒精擦拭柱塞表面，經最終檢驗，各項技術指標達到設計要求后加工過程結束。

用鐵基非晶合金代替鎳60等材料做柱塞的涂覆材料，經試驗，可以提高工作壓力15Mpa柱塞的使用壽命4倍以上。

非晶合金的涂覆工藝有以下要點：?涂層厚度控制約為0.5mm；基材表面毛化特殊處理要嚴格，以提高結合牢度。

采用封孔劑填充噴涂產生的孔隙度，降低腐蝕物通過孔隙滲入基材的幾率。

本發明的有益效果：本發明設計合理實用，提高了15Mpa柱塞的使用壽命，節約了成本，節省了原材料，適合普遍推廣使用。

說明書附圖

圖1為本發明噴涂后的柱塞示意圖；

圖2為本發明噴涂前的柱塞示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，涂覆鐵基非晶金屬涂層的往復泵15Mpa壓力柱塞，該生產工藝包括如下步驟：（一）、基材選用304不銹鋼，按柱塞設計尺寸進行初加工，除了在柱塞往復運行區域單邊留出0.5mm涂層余量外，其他區域均應達到設計要求；（二）、表面毛化處理，采用金剛砂或同等硬度砂石對柱塞表面進行噴砂毛化處理以提高零件表面粗糙度，要求粗糙度達到Sa12.5微米以上；（三）、采用超音速電弧噴涂技術噴涂非晶合金材料，噴涂材料采用美國LMC公司的鐵基非晶合金，噴涂厚度為0.7mm；（四）、使用磨床對噴涂后的柱塞進行磨削處理，磨削減量0.2mm，磨削后柱塞各項參數達到柱塞設計要求；（五）、采用聚氨酯進行封孔處理，處理完成后用酒精擦拭柱塞表面，經最終檢驗，各項技術指標達到設計要求后加工過程結束。

實施例1：

2016年6月-2017年1月，我們在中國選取中石化勝利油田兩個有代表性注水站，利用本發明技術對規格為￠75mm*356mm、￠70mm*355mm，工作壓力均為15Mpa的往復泵柱塞進行了涂覆非晶材料的驗證實驗。

實施步驟如下：

1、柱塞基材選用304不銹鋼，首先按柱塞圖紙車加工成留有單邊余量0.5mm噴涂余量的尺寸。

2、對柱塞噴涂面進行噴砂毛化處理，要求粗糙度達到Sa12.5微米以上。

3、采用超音速電弧噴涂設備對柱塞進行非晶合金噴涂，噴涂厚度為0.7mm。

4、噴涂后采用外圓磨床磨削加工至設計尺寸。

5、采用聚氨酯進行封孔處理，然后用酒精擦拭干凈，經檢驗柱塞各尺寸達到設計要求后進行現場試驗。

6、實驗結果證明可以提高工作壓力15Mpa柱塞的使用壽命4倍以上。