[发明专利]一种高熵合金保护层压裂泵柱塞及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高熵合金保护层压裂泵柱塞及其制备方法，涉及压裂设备制造技术领域，包括柱塞本体，所述柱塞本体适于在压裂泵柱塞腔内做线性往复运动，所述柱塞本体包括柱塞基体，以及涂覆在所述柱塞基体的周向外壁上的保护层，所述保护层包括高熵合金。本发明所述的高熵合金保护层压裂泵柱塞及其制备方法，在柱塞基体的表面涂覆高熵合金保护层，提高了柱塞本体的强度、耐磨性与耐腐性等；所述制备方法选用激光熔覆保护层，可实现其高功率密度和高冷却速率的特点，利于高熵合金保护层的微观组织控制。本发明从保护层材料和涂覆方法创新的角度提高了液力端柱塞的寿命，进一步提高压裂泵的工作寿命。

技术领域

本发明涉及压裂设备制造技术领域，具体而言，涉及一种高熵合金保护层压裂泵柱塞及其制备方法。

背景技术

国内石油开采大多采用地层注水采油方式，而压裂泵是实现地层注水的主要设备。液力端柱塞作为压裂泵的核心部件，安装于压裂泵动力端和液力端之间,它在运动的过程中一方面受到来自动力端的交变作用力,另一方面直接耐受液力端的高压冲击。

当压裂泵柱塞工作条件复杂恶劣时，压裂泵柱塞容易受到损坏。如压裂泵所注水质含有泥沙颗粒物和腐蚀性物质，由于磨损、腐蚀和压力存在，压裂泵柱塞容易出现沟槽、点腐蚀与保护层脱落等损坏，使其密封性变差而造成压裂泵柱塞失效，导致设备停机更换，压裂泵柱塞零件频繁更换，造成设备利用率降低，石油开采成本增大。

发明内容

本发明解决的问题是：当压裂泵柱塞工作条件复杂恶劣时，压裂泵柱塞容易出现沟槽、点腐蚀与保护层脱落等损坏，使其密封性变差而造成压裂泵柱塞失效，导致设备停机更换，压裂泵柱塞零件频繁更换，造成设备利用率降低，石油开采成本增大。

为解决上述问题，本发明提供一种高熵合金保护层压裂泵柱塞，包括柱塞本体，所述柱塞本体适于在压裂泵柱塞腔内做线性往复运动，所述柱塞本体包括柱塞基体，以及涂覆在所述柱塞基体的周向外壁上的保护层，所述保护层包括高熵合金。

进一步地，所述柱塞基体的周向外壁设有凹槽，所述保护层部分涂覆在所述凹槽内，所述凹槽包括弧形槽、矩形槽、锥形槽和燕尾槽中的至少一种。

进一步地，所述凹槽包括沿所述柱塞基体周向延伸的环形槽、沿所述柱塞基体轴向延伸的条形槽或沿所述柱塞基体外侧壁设置的螺旋槽。

进一步地，所述高熵合金中包含Co、Cr、Ni、Mo、Al与B中的至少五种金属粉末混合。

进一步地，所述保护层的厚度在0.5mm至0.8mm范围内。

本发明选用高熵合金作为柱塞保护层，可实现高硬度、高强度和良好的耐磨性。

本发明的另一目的在于提供一种如上述所述高熵合金保护层压裂泵柱塞的制备方法，包括如下步骤：

依据柱塞设计尺寸制备柱塞基体，所述柱塞基体的周向外壁适于与压裂泵柱塞腔之间留有涂覆间隙，并将所述柱塞基体的周向外壁表面毛化处理；

将高熵合金粉末混合并进行球磨，得到混合粉末，向所述混合粉末中加入黏结剂，制浆，再将料浆干燥并形成前驱体粉末，采用烧结与筛分得到团聚烧结型粉末；

将所述团聚烧结型粉末喷涂在所述柱塞基体的周向外壁形成预制保护层，并对所述预制保护层进行激光熔覆；

依据柱塞设计尺寸对激光熔覆后的所述预制保护层进行磨削，得到所述高熵合金保护层压裂泵柱塞。

进一步地，所述黏结剂包含聚乙烯醇水溶液，所述聚乙烯醇水溶液的质量分数在4.3％至4.7％之间。

进一步地，采用喷雾干燥法将所述料浆干燥并形成所述前驱体粉末。