一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法

技术领域

本发明属于泵的性能研究技术领域，具体涉及一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法。

背景技术

潜油电泵是井下工作的多级离心泵, 同油管一起下入井内, 地面电源通过变压器、控制屏和动力电缆将电能输送给井下潜油电机, 使潜油电机带动多级离心泵旋转, 将电能转换成机械能, 把油井中的井液举升到地面。在油田采油过程中，地下腐蚀性介质对于潜油电泵的腐蚀是常见的实际问题，给泵设备的使用性能和使用寿命造成巨大的不利影响。尤其是电机头作为潜油电泵的核心部件，锈蚀产生后，严重影响工作性能，并且维修成本高，继续使用会造成报废等重大浪费问题。现有的防腐蚀方法是在电机头外表镀一层防护合金。然而，现有的合金镀层对于引发电机头腐蚀的介质，如硫化氢、二氧化碳、盐类等，这些介质对于潜油电泵的腐蚀影响是致命的，尤其是在高温、高压作业条件下，现有技术中采用的合金镀层无法解决该类腐蚀问题，腐蚀介质对于镀层有很强的渗透性，造成绝缘短路，缩短了潜油电泵的使用寿命。因此，研究一种有效的针对电机头的耐腐蚀的改性方法，提高潜油电泵的使用寿命，对于化工泵装备工业的发展具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法，将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料采用等离子喷涂技术涂覆在电机头表面，形成一种抗渗透的耐腐蚀涂层。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法，其中主要技术手段为：采用等离子喷涂技术将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至电机头表面，得到厚度在60-66微米之间的涂层，所形成的涂层与电机头表面结合强度高，抗热冲击性能强，耐腐蚀性能和耐磨性能显著提高，对潜油电泵电机头起到长久的表面防护作用，能够适应高浓度腐蚀介质的高温高压工作环境；

具体的，所述耐腐蚀陶瓷复合材料的制备包括以下工艺步骤：

（1）取112-125克粉煤灰，加入2-3倍体积的摩尔浓度为1.5-2.0摩尔/升的盐酸溶液，在45-60℃下搅拌2-3小时，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于100-120℃烘箱中干燥7-10小时，机械研磨至过300-350目筛备用；

（2）按照质量比为2.4-2.6:1.2-1.3的比例称取碳酸锶和碳酸锰粉体共33-36克，按照质量比为1.4-1.5:1.0-1.2的比例称取钛酸锶和钛酸铅粉体共10-12克，掺入0.45-0.48克稀土氧化物，置于球磨罐中，加入锆球和去离子水，待球磨粉体、锆球和去离子水体积比为1.2-1.3:1.0-1.2:1.6-1.8，以330-340转/分钟的速度球磨2-3小时，所得球磨浆料置于90-96℃烘箱中干燥10-14小时；

（3）向干燥后的粉料中加入120-130毫升质量浓度为5.1-5.4%的聚乙烯醇水溶液，升温至88-90℃，搅拌混合均匀，在搅拌下向烧杯中滴加0.7-1.0毫升六甲基二硅氮烷，在300-400转/分钟下搅拌混合20-30分钟，自然冷却静置4-6小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以8.0-8.5℃/分钟的速度升温至630-650℃，烧结1.5-2.5小时，自然降温冷却后研磨成粉，与步骤（1）制备得到的粉煤灰粉混合均匀，得到粉料即为耐腐蚀陶瓷复合材料； 所述稀土氧化物按照重量份计由以下成分制成：氧化镧11-14份、氧化钇7-8份、氧化铕4-5份。

喷涂前准备工作：依次使用200、300目砂纸将电机头件表面打磨10-20分钟，使用44-48℃热风吹去表面残留颗粒，再使用丙酮润湿的干净布料擦拭2-3遍，然后使用60-70℃热风吹干，置于烘箱中升温预热至103-107℃，将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料在120-125℃下烘制40-50分钟；

耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂方法：采用等离子喷涂技术将粉体喷涂于预处理的电机头件表面，等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.64-0.66MPa，主气流量为1.8-1.9立方米/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.60-0.62MPa，辅气流量为1.3-1.4立方米/小时，送粉气压力为0.21-0.23MPa，喷涂距离为95-98毫米，喷涂角度为65-75°，送粉气流量为0.55-0.60立方米/小时，每次喷涂厚度为20-22微米，累计喷涂厚度为60-66微米。

本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有针对潜油电泵电机头在腐蚀介质工作下耐腐蚀性能不佳的问题，本发明提供了一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法，采用等离子喷涂技术将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至电机头表面，得到厚度在60-66微米之间的涂层，制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料与现有涂层材料相比，与电机头表面具有更好的结合强度和耐高温高压稳定性，进一步通过控制喷涂条件得到的涂层表面更加平整、致密，几乎不存在空隙和裂纹。所形成的涂层与电机头表面结合强度高，抗热冲击性能强，耐腐蚀性能和耐磨性能显著提高，对潜油电泵电机头起到长久的表面防护作用，能够适应高浓度腐蚀介质的高温高压工作环境。避免了化学腐蚀造成的严重影响潜油电泵使用寿命的问题，延长了电泵的检泵周期，满足了油田采油生产的需求，提高了潜油电泵的适应性和使用性。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。

实施例1

一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法，其中主要技术手段为：采用等离子喷涂技术将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至电机头表面，得到厚度在60-66微米之间的涂层，所形成的涂层与电机头表面结合强度高，抗热冲击性能强，耐腐蚀性能和耐磨性能显著提高，对潜油电泵电机头起到长久的表面防护作用，能够适应高浓度腐蚀介质的高温高压工作环境；

具体的，所述耐腐蚀陶瓷复合材料的制备包括以下工艺步骤：

（1）取112克粉煤灰，加入2倍体积的摩尔浓度为1.5摩尔/升的盐酸溶液，在45℃下搅拌2小时，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于100℃烘箱中干燥7小时，机械研磨至过300目筛备用；

（2）按照质量比为2.4:1.2的比例称取碳酸锶和碳酸锰粉体共33克，按照质量比为1.4:1.0的比例称取钛酸锶和钛酸铅粉体共10克，掺入0.45克稀土氧化物，置于球磨罐中，加入锆球和去离子水，待球磨粉体、锆球和去离子水体积比为1.2:1.0:1.6，以330转/分钟的速度球磨2小时，所得球磨浆料置于90℃烘箱中干燥10小时；

（3）向干燥后的粉料中加入120毫升质量浓度为5.1%的聚乙烯醇水溶液，升温至88℃，搅拌混合均匀，在搅拌下向烧杯中滴加0.7毫升六甲基二硅氮烷，在300转/分钟下搅拌混合20分钟，自然冷却静置4小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以8.0℃/分钟的速度升温至630℃，烧结1.5小时，自然降温冷却后研磨成粉，与步骤（1）制备得到的粉煤灰粉混合均匀，得到粉料即为耐腐蚀陶瓷复合材料； 所述稀土氧化物按照重量份计由以下成分制成：氧化镧11份、氧化钇7份、氧化铕4份。

喷涂前准备工作：依次使用200、300目砂纸将电机头件表面打磨10分钟，使用44℃热风吹去表面残留颗粒，再使用丙酮润湿的干净布料擦拭2-遍，然后使用60℃热风吹干，置于烘箱中升温预热至103℃，将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料在120℃下烘制40分钟；

耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂方法：采用等离子喷涂技术将粉体喷涂于预处理的电机头件表面，等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.64MPa，主气流量为1.8立方米/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.60MPa，辅气流量为1.3立方米/小时，送粉气压力为0.21MPa，喷涂距离为95毫米，喷涂角度为65°，送粉气流量为0.55立方米/小时，每次喷涂厚度为20微米，累计喷涂厚度为60微米。

通过实施例1的方法将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至厚度为35毫米的25Cr2Ni4MoV合金钢试件上，形成厚度为60微米的防护涂层，作为试样，制备5件。

对制备得到的涂层进行耐腐蚀性能测试结果：试样件失重0.045g（酸蚀），试样件失重0.053g（碱蚀）；其中，浸酸处理液浓度为5.5摩尔/升的盐酸溶液，浸渍5小时后测定前后质量差，浸碱处理液浓度为6.5摩尔/升的氢氧化钠溶液，浸渍5小时后测定前后质量差；测试腐蚀磨耗量试验在1200rpm转速条件下，于70℃的含100g/L SiO2的15wt.%H2SO4溶液中进行处理24h，取出后清洗表面，测得平均值为0.011g/(m2·h)。

实施例2

一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法，其中主要技术手段为：采用等离子喷涂技术将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至电机头表面，得到厚度在60-66微米之间的涂层，所形成的涂层与电机头表面结合强度高，抗热冲击性能强，耐腐蚀性能和耐磨性能显著提高，对潜油电泵电机头起到长久的表面防护作用，能够适应高浓度腐蚀介质的高温高压工作环境；

具体的，所述耐腐蚀陶瓷复合材料的制备包括以下工艺步骤：

（1）取118克粉煤灰，加入2.5倍体积的摩尔浓度为1.8摩尔/升的盐酸溶液，在52℃下搅拌2.5小时，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于110℃烘箱中干燥8小时，机械研磨至过330目筛备用；

（2）按照质量比为2.5:1.25的比例称取碳酸锶和碳酸锰粉体共34克，按照质量比为1.45:1.1的比例称取钛酸锶和钛酸铅粉体共11克，掺入0.46克稀土氧化物，置于球磨罐中，加入锆球和去离子水，待球磨粉体、锆球和去离子水体积比为1.25:1.1:1.7，以335转/分钟的速度球磨2.5小时，所得球磨浆料置于93℃烘箱中干燥12小时；

（3）向干燥后的粉料中加入125毫升质量浓度为5.2%的聚乙烯醇水溶液，升温至89℃，搅拌混合均匀，在搅拌下向烧杯中滴加0.8毫升六甲基二硅氮烷，在350转/分钟下搅拌混合25分钟，自然冷却静置5小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以8.3℃/分钟的速度升温至640℃，烧结2.0小时，自然降温冷却后研磨成粉，与步骤（1）制备得到的粉煤灰粉混合均匀，得到粉料即为耐腐蚀陶瓷复合材料； 所述稀土氧化物按照重量份计由以下成分制成：氧化镧13份、氧化钇7.5份、氧化铕4.5份。

喷涂前准备工作：依次使用200、300目砂纸将电机头件表面打磨15分钟，使用46℃热风吹去表面残留颗粒，再使用丙酮润湿的干净布料擦拭2遍，然后使用65℃热风吹干，置于烘箱中升温预热至105℃，将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料在123℃下烘制45分钟；

耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂方法：采用等离子喷涂技术将粉体喷涂于预处理的电机头件表面，等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.65MPa，主气流量为1.85立方米/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.61MPa，辅气流量为1.35立方米/小时，送粉气压力为0.22MPa，喷涂距离为96毫米，喷涂角度为70°，送粉气流量为0.58立方米/小时，每次喷涂厚度为21微米，累计喷涂厚度为63微米。

通过实施例2的方法将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至厚度为35毫米的25Cr2Ni4MoV合金钢试件上，形成厚度为63微米的防护涂层，作为试样，制备5件。

对制备得到的涂层进行耐腐蚀性能测试结果：试样件失重0.045g（酸蚀），试样件失重0.053g（碱蚀）；其中，浸酸处理液浓度为5.5摩尔/升的盐酸溶液，浸渍5小时后测定前后质量差，浸碱处理液浓度为6.5摩尔/升的氢氧化钠溶液，浸渍5小时后测定前后质量差；测试腐蚀磨耗量试验在1200rpm转速条件下，于70℃的含100g/L SiO2的15wt.%H2SO4溶液中进行处理24h，取出后清洗表面，测得平均值为0.010g/(m2·h)。

实施例3

一种提高潜油电泵电机头耐腐蚀性能的方法，其中主要技术手段为：采用等离子喷涂技术将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至电机头表面，得到厚度在60-66微米之间的涂层，所形成的涂层与电机头表面结合强度高，抗热冲击性能强，耐腐蚀性能和耐磨性能显著提高，对潜油电泵电机头起到长久的表面防护作用，能够适应高浓度腐蚀介质的高温高压工作环境；

具体的，所述耐腐蚀陶瓷复合材料的制备包括以下工艺步骤：

（1）取125克粉煤灰，加入3倍体积的摩尔浓度为2.0摩尔/升的盐酸溶液，在60℃下搅拌3小时，进行过滤，使用去离子水洗涤至中性，置于120℃烘箱中干燥10小时，机械研磨至过350目筛备用；

（2）按照质量比为2.6:1.3的比例称取碳酸锶和碳酸锰粉体共36克，按照质量比为1.5:1.2的比例称取钛酸锶和钛酸铅粉体共12克，掺入0.48克稀土氧化物，置于球磨罐中，加入锆球和去离子水，待球磨粉体、锆球和去离子水体积比为1.3:1.2:1.8，以340转/分钟的速度球磨3小时，所得球磨浆料置于96℃烘箱中干燥14小时；

（3）向干燥后的粉料中加入130毫升质量浓度为5.4%的聚乙烯醇水溶液，升温至90℃，搅拌混合均匀，在搅拌下向烧杯中滴加1.0毫升六甲基二硅氮烷，在400转/分钟下搅拌混合30分钟，自然冷却静置6小时，经过过滤、洗涤、干燥后送入管式炉中，在氮气氛围下以8.5℃/分钟的速度升温至650℃，烧结2.5小时，自然降温冷却后研磨成粉，与步骤（1）制备得到的粉煤灰粉混合均匀，得到粉料即为耐腐蚀陶瓷复合材料； 所述稀土氧化物按照重量份计由以下成分制成：氧化镧14份、氧化钇8份、氧化铕5份。

喷涂前准备工作：依次使用200、300目砂纸将电机头件表面打磨20分钟，使用48℃热风吹去表面残留颗粒，再使用丙酮润湿的干净布料擦拭3遍，然后使用70℃热风吹干，置于烘箱中升温预热至107℃，将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料在125℃下烘制50分钟；

耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂方法：采用等离子喷涂技术将粉体喷涂于预处理的电机头件表面，等离子喷涂是以氮气作为喷涂主气，压力为0.66MPa，主气流量为1.9立方米/小时，氢气作为喷涂辅气，压力为0.62MPa，辅气流量为1.4立方米/小时，送粉气压力为0.23MPa，喷涂距离为98毫米，喷涂角度为75°，送粉气流量为0.60立方米/小时，每次喷涂厚度为22微米，累计喷涂厚度为66微米。

通过实施例3的方法将制备得到的耐腐蚀陶瓷复合材料喷涂至厚度为35毫米的25Cr2Ni4MoV合金钢试件上，形成厚度为66微米的防护涂层，作为试样，制备5件。

对制备得到的涂层进行耐腐蚀性能测试结果：试样件失重0.045g（酸蚀），试样件失重0.053g（碱蚀）；其中，浸酸处理液浓度为5.5摩尔/升的盐酸溶液，浸渍5小时后测定前后质量差，浸碱处理液浓度为6.5摩尔/升的氢氧化钠溶液，浸渍5小时后测定前后质量差；测试腐蚀磨耗量试验在1200rpm转速条件下，于70℃的含100g/L SiO2的15wt.%H2SO4溶液中进行处理24h，取出后清洗表面，测得平均值为0.011g/(m2·h)。