[发明专利]一种包含软质过渡层的镍基合金涂层抽油光杆及加工工艺

说明书

本发明涉及一种包含软质过渡层的镍基合金涂层抽油光杆，其技术方案如下：包括基材、打底层、和镍基合金复合涂层，所述打底层为纯镍层，所述镍基合金复合涂层包括软质过渡层和镍基合金基础涂层，所述镍基合金基础涂层为含有铜的镍基自熔合金涂层，所述软质过渡层和所述镍基合金基础涂层之间分层间隔分布，且所述镍基合金复合涂层的第一层和最后一层均为所述镍基合金基础涂层。通过对软质过渡层结构的多种设计和选择，可以获得韧性优异且耐蚀抗磨超强耐疲劳抽油光杆，可以很好地满足油田日渐苛刻的高载荷，高磨损和高腐蚀的服役环境。

技术领域

本发明涉及石油设备，更具体涉及一种抽油光杆及其加工工艺。

背景技术

抽油机井一直以来都是国内外油田的主要采油方式，是有杆抽油系统的关键部件之一。腐蚀和磨损的问题通过在抽油光杆表面制备高硬度耐腐蚀的镍基合金涂层可以很好的解决，但如何改善镍基合金涂层的韧性和抗疲劳性能，以及其与光杆基材之间的匹配成为新的问题。

特别是由于光杆在其卡子下方十公分范围内承受着较大的弯曲循环载荷作用，使得该位置的断裂成为光杆断裂的主要形式，而这种断裂形式对于喷焊涂层光杆来说更为显著，这主要是由于油田现有喷焊光杆在镍基合金涂层的成分优化、以及镍基涂层和光杆基材的匹配选择上不够合理，导致此类喷焊涂层光杆在使用过程中的弯曲力作用下涂层表面会较快产生裂纹并扩展，严重降低了喷焊光杆的使用寿命。现有的改进措施包括采用新型耐疲劳光杆基材和增加喷焊涂层的韧性两方面，但是前者存在新型光杆基材成本高，生产环节难以控制等限制，而后者虽然对光杆基材的选择范围很广，但采用Cu等增韧粒子只能在有限程度上改善涂层的韧性。

因此，如何优化镍基合金涂层的成分，大幅提高喷焊涂层光杆的抗弯能力和表面涂层的抗裂纹能力，将是关系到喷焊涂层光杆能否不断满足油田使用要求的关键所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种具有较好的耐磨耐蚀性能，特别是具有优异韧性和抗弯能力的合金涂层抽油光杆。

按照本发明提供的一种包含软质过渡层的镍基合金涂层抽油光杆，其技术方案如下：包括基材、打底层、和镍基合金复合涂层，所述打底层为纯镍层，所述镍基合金复合涂层包括软质过渡层和镍基合金基础涂层，所述镍基合金基础涂层为含有铜的镍基自熔合金涂层，所述软质过渡层和所述镍基合金基础涂层之间分层间隔分布，且所述镍基合金复合涂层的第一层和最后一层均为所述镍基合金基础涂层。

本发明技术方案还包括如下特征：

所述软质过渡层的结构可为单层结构的纯镍层，或者纯铜层，或者单层结构的镍和铜的混合层，按质量百分比计，所述镍和铜的混合层中镍和铜的厚度比例为1:1-1:3；所述软质过渡层的结构也可以为镍和铜的复合涂层。

所述镍和铜的复合涂层的结构可以为三层结构的镍层/铜层/镍层，所述镍层/铜层/镍层的厚度比例范围为1：（1-3）：1；所述镍和铜的复合涂层的结构也可以为三层结构的镍层/镍和铜混合层/镍层，所述镍层/镍和铜混合层/镍层的厚度比例范围为1：（2-5）：1，按质量百分比计，所述三层结构中镍和铜混合层中镍和铜的厚度比例为1:1-1:3。

所述打底层的厚度为100-500 纳米，所述镍基合金复合涂层的厚度为0.1-0.5 毫米，所述软质过渡层的单层厚度为100-1000纳米，所述镍基合金基础涂层的单层厚度为40-100 微米。

所述镍基合金基础涂层的化学成分按照质量百分含量分别为：C：0%～0.80%，Si：2.0%～4.0%，B：1.5%～4.5%，Cr：5.0%～15.0%，Cu：3.0%～10.0%，Fe≤5.0%，余量为镍，所述镍基合金基础涂层由粒度为40-80 微米的含有铜的镍基自熔合金粉末制备而成。

所述打底层为粒度50-100 纳米的纯镍粉末制备而成。