專利名稱：抽油泵用復相氧化物陶瓷泵筒的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種抽油泵用復相氧化物陶瓷泵筒的制備方法，屬于工程陶瓷材料的制備技術。
背景技術：
有桿抽油泵主要由泵筒、柱塞、球閥和球座組成，由于其裝置簡單、適應性強及具有良好的使用指標等特點被國內外各油田廣泛使用。在機械采油井中，有桿泵井占總生產井數的80％以上。抽油泵的使用壽命在很大程度上由泵筒一柱塞副的耐久性決定，抽油泵故障中70％是由于泵簡一柱塞副的磨損所引起。特別是目前進入了高含水或特高含水開發期，由于綜合含水的大幅度上升、產出液的強腐蝕性、含沙量的增加以及復雜的管柱結構等，導致有桿抽油泵泵筒、柱塞的嚴重磨損，泵失效事故頻繁發生。為延長抽油泵的使用壽命和解決泵筒和柱塞壽命的匹配性，國內外對泵筒和柱塞的選材和表面處理進行了大量研究，現已有陶瓷柱塞和噴涂陶瓷層的柱塞專利，但目前還沒有與之相匹配的陶瓷泵筒，因此只有采用陶瓷泵筒—陶瓷柱塞副或噴涂陶瓷層的柱塞副，才能有效解決整體泵壽命的問題。
現有涉及抽油泵用的泵筒專利主要包括泵筒內表面涂層強化和陶瓷泵筒裝配技術的專利；中國專利85201850，93111275.3和美國專利US64540101等主要介紹了在金屬泵筒內表面通過表面處理提高泵筒的耐磨、耐腐蝕性能的方法。如專利85201850的技術要點為將抽油泵金屬泵筒經過固體硼化處理，使泵筒內壁表面獲得一層硬度很高的滲硼層，可大幅度提高泵筒的耐腐蝕性和耐磨性，延長其壽命長，這類專利強調泵筒材質的選擇和表面鍍層的制備技術。而中國專利97242707.4主要介紹了陶瓷泵筒裝配技術，其技術要點是在金屬泵筒內設多節特種陶瓷襯套，在金屬泵筒和特種陶瓷襯套之間填設膨脹粘結劑聯接固定，構成抽油泵泵體，此專利重點介紹了整體泵的裝配技術，未涉及陶瓷泵筒襯套的材質、尺寸和制備方法。此類專利還包括美國專利US5924353，6682315，6497561，6368084和6543543等。
發明內容
本發明的目的在于提供一種抽油泵用復相氧化物陶瓷泵筒的制備方法。以此方法制備的抽油泵陶瓷泵筒使用壽命長，可達6個月以上。
本發明是通過下述技術方案加以實現的。在抽油泵金屬泵體內通過紅裝鑲嵌陶瓷襯套構成抽油泵泵筒，該復相氧化物陶瓷泵筒的制備方法，其特征在于包括以下過程以共沉淀法制得的粒徑為1-5μm，純度為99.90％的氧化鋁的復合粉末為基材，所述的氧化鋁粉末中Al2O3∶MgO∶TiO2的質量百分比為(98.75-100％)∶(0-0.75％)∶(0-0.5％)，外加質量百分比為0-30％、粒度為0.2-1.0μm、含質量比為5.15％Y2O3的ZrO2粉末，組成復合粉末；并加入質量比為0.5-1.5％的聚丙烯酸銨分散劑和0.2-1.0％的聚乙烯醇粘合劑；制成固相質量比為50-70％的料漿，料漿在370-390℃，壓力為7×104Pa-10×104Pa條件下噴霧制成粒徑為20-60μm的粉體，粉體加濕備用，將加濕的粉體填充在鋼芯與模具環形間隙中，在150-200MPa壓力下等靜壓成型，之后于1550-1650℃，保溫1-4小時燒成筒體；筒體經加工至要求尺寸，再將陶瓷泵筒通過紅裝鑲嵌在金屬泵筒內，組裝成整體泵筒。
本發明的優點在于其制備工藝過程簡單，燒成溫度較低，所制備的陶瓷泵筒的直徑和長度可以根據不同規格泵型調整，泵筒的使用壽命大于6個月，是現有金屬泵筒的3-4倍。
圖1為本發明噴霧造粒過程制備的復相氧化物陶瓷粉體的電鏡照片具體實施方式
實施例1稱取超細氧化鋁21kg，含質量比為5.15％Y2O3的超細氧化鋯9kg，加入190g聚乙烯醇粘結劑(PVA)、1780ml聚丙烯酸銨分散劑(PAA)及20kg蒸餾水。將混合料置入攪拌磨中混磨8小時，料漿在390℃，壓力為10×104Pa條件下噴霧造粒成粒徑為20-40μm的粉末。粉末在熱處理爐中于450℃處理，總處理時間為6小時。粉末加濕6小時后裝入模具中，模具鋼芯軸直徑為75mm，長1200mm，乳膠套直徑為101mm，長1240mm。在濕式等靜壓機中，在200MPa壓力下等靜壓成型。將成型坯體臥躺在承燒板的V型槽中，并埋入空心α-Al2O3球中。在高溫燒結爐中于1550℃，保溫3小時燒結，總燒成時間為16.5小時。通過磨外圓和拋光使陶瓷柱塞長為900±0.1mm，外徑為83±0.02mm。
實施例2按Al2O3∶MgO∶TiO2的質量百分比為99.0％∶0.75％∶0.25％稱取粉末共40kg，再加入2kg含質量比為5.15％Y2O3的超細ZrO2粉末，加入230g聚乙烯醇粘結劑(PVA)、2050ml聚丙烯酸銨分散劑(PAA)及20kg蒸餾水。將混合料置入攪拌磨中混磨8小時，料漿在380℃，壓力為8×104Pa條件下噴霧造粒，造粒粉粒徑為20-60μm，粉末加濕4小時，將加濕粉末裝入模具中，模具鋼芯軸直徑為83mm，長430mm，乳膠套直徑為110mm，長450mm，在濕式等靜壓機中，在150MPa壓力下等靜壓成型，將成型坯體放入匣缽中按立式放置，在高溫燒結爐中于1580℃，保溫2小時燒結，總燒成時間為12.5小時。通過磨外圓和拋光使陶瓷泵筒襯套長為330±0.1mm，外徑為83±0.02mm。
實施例3稱取超細氧化鋁39.70kg，加入氧化鎂0.2kg，氧化鈦0.1kg，氧化鋯6kg，再加入260g聚乙烯醇粘結劑(PVA)、2200ml聚丙烯酸銨分散劑(PAA)及22kg蒸餾水。將混合料置入攪拌磨中混磨8小時，料漿在380℃，壓力為8×104Pa條件下噴霧造粒成粒徑為20-60μm的粉末。粉末在熱處理爐中于450℃處理，總處理時間為6小時。粉末加濕4小時，將加濕粉末裝入模具中，模具鋼芯軸直徑為82.5mm，長450mm，乳膠套直徑為110mm，長450mm，在濕式等靜壓機中，在160MPa壓力下等靜壓成型，將成型坯體放入匣缽中按立式放置，在高溫燒結爐中于1560℃，保溫2小時燒結，總燒成時間為12小時。通過磨外圓和拋光使陶瓷泵筒襯套長為330±0.1mm，外徑為83±0.02mm。
實施例4按Al2O3∶MgO∶TiO2的質量百分比為98.75％∶0.75％∶0.5％稱取粉體共30kg，再加入160g聚乙烯醇粘結劑(PVA)、1540ml聚丙烯酸銨分散劑(PAA)及15kg蒸餾水。將混合料置入攪拌磨中混磨8小時，料漿在370℃，壓力為7×104Pa條件下噴霧造粒成粒徑為20-60μm的粉末。粉末加濕4小時，將加濕粉末裝入模具中，模具鋼芯軸直徑為83.5mm，長450mm，乳膠套直徑為l 10mm，長450mm，在濕式等靜壓機中，在200MPa壓力下等靜壓成型，將成型坯體放入匣缽中按立式放置，在高溫燒結爐中于1580℃，保溫2小時燒結，總燒成時間為13小時。通過磨外圓和拋光使陶瓷泵筒襯套長為330±0.1mm，外徑為83±0.02mm。
采用上述實施例1和實施例2所制備的陶瓷泵筒，應用于稠油熱采蒸汽驅開采工藝技術，使用工況為泵壓14-17MPa，酸性，泥漿含沙量0.6％，溫升約300℃。使用180-200天后提泵，沒有發現明顯的使用問題，壽命是一般金屬泵筒的3-4倍。
權利要求
1一種抽油泵用復相氧化物陶瓷泵筒的制備方法，其特征在于包括以下過程以共沉淀法制得的粒徑為1-5μm，純度為99.90％的氧化鋁的復合粉末為基材，所述的氧化鋁粉末中Al2O3∶MgO∶TiO2的質量百分比為(98.75-100％)∶(0-0.75％)∶(0-0.5％)，外加質量百分比為0-30％、粒度為0.2-1.0μm、含質量比為5.15％Y2O3的ZrO2粉末，組成復合粉末；并加入質量比為0.5-1.5％的聚丙烯酸銨分散劑和0.2-1.0％的聚乙烯醇粘合劑；制成固相質量比為50-70％的料漿，料漿在370-390℃，壓力為7×104Pa-10×104Pa條件下噴霧制成粒徑為20-60μm的粉體，粉體加濕備用，將加濕的粉體填充在鋼芯與模具環形間隙中，在150-200MPa壓力下等靜壓成型，之后于1550-1650℃，保溫1-4小時燒成筒體；筒體經加工至要求尺寸，再將陶瓷泵筒通過紅裝鑲嵌在金屬泵筒內，組裝成整體泵筒。
全文摘要
本發明公開了一種抽油泵用復相氧化物陶瓷泵筒的制備方法，屬于工程陶瓷材料的制備技術。該方法主要包括粉末的噴霧造粒、成型和燒結過程，其特征在于，以共沉淀法制得的高純氧化鋁粉體為基材，加入不同質量百分比的氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、聚丙烯酸銨分散劑和聚乙烯醇粘合劑，制成料漿，料漿在一定溫度和壓力條件下噴霧造粒，造粒粉粒徑為20－60μm，將粉體填充在鋼芯與模具環形間隙中，由等靜壓成型之后，一次燒結而成。本發明的優點在于其制備工藝過程簡單，燒成溫度低，所制備的陶瓷泵筒的直徑和長度可以根據不同規格泵型調整，泵筒的使用壽命大于6個月，是現有金屬泵筒的3－4倍。
文檔編號C04B35/10GK1673172SQ20051001628
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月11日 優先權日2005年3月11日
發明者蔡舒, 林旭平, 陳愛華, 李金有, 張寶清, 楊正方 申請人:天津大學