鉆井泵缸套內(nèi)壁等離子熔敷耐磨耐蝕復(fù)合材料涂層強化研究.pdf

1、石油鉆井泵缸套長期承受高循環(huán)應(yīng)力及鉆井液中所含高硬度石英砂顆粒的沖蝕磨損作用，缸套內(nèi)壁材料耐磨損抗疲勞性能要求較高。針對現(xiàn)有缸套耐磨性較差，使用壽命較低的狀況，本文采用等離子熔敷表面改性技術(shù)對缸套內(nèi)壁進行表面強化，在缸套內(nèi)壁制備同缸套基材呈良好冶金結(jié)合的，具有快速凝固特征的高硬度、強耐磨先進復(fù)合材料涂層，以大幅度提高缸套的抗磨損能力，延長缸套的使用壽命。
　　 金屬硅化物Ti5Si3具有常溫及高溫硬度高，抗氧化、抗腐蝕性能好，抗

2、粘著磨損及磨料磨損性能優(yōu)異等特點，可作為耐磨復(fù)合材料涂層的增強相。本文以Ti-Si二元相圖和Fe-Si-Ti三元相圖為依據(jù)，同時考慮基材稀釋率及大氣環(huán)境的影響，優(yōu)選了20.5Fe28Si51.5Ti(at.％),17Fe34Si49Ti(at.％),16Fe24Si60Ti(at.％),11Fe33Si56Ti(at．％)四種不同比例的Fe-Si-Ti混合粉末為原料，在37CrMnMo基材表面制備了以鈦的金屬間化合物為主要增強相的復(fù)合材

3、料涂層。采用XRD，OM，SEM和EDS等手段分析了涂層顯微組織結(jié)構(gòu)及相組成，利用顯微硬度計測試了涂層的顯微硬度梯度分布，利用SRV球盤式磨損試驗機測試了涂層的室溫干滑動磨損性能，并分析了磨損機理。
　　 分析結(jié)果表明：粉末配比為20.5Fe28Si51.5Ti(at.％)的涂層，其顯微組織結(jié)構(gòu)特征為Fe2SiTi初生增強相彌散均勻分布于Ti5Si4/γ-Fe共晶基體相上，由于不含高硬度金屬硅化物Ti5Si3，其硬度相對較低，為

4、HV604;粉末配比分別為17Fe34Si49Ti(at．％)、16Fe24Si60Ti(at．％)和11Fe33Si56Ti(at．％)的涂層，都以金屬硅化物Ti5Si3為主要增強相，以三元金屬間化合物Fe2SiTi/FeSiTi為基體，涂層均具有較高的硬度，分別為HV1224、HV1177、HV912。與基材相比較，上述三種涂層的耐磨性分別提高了8倍、5.71倍和5倍。總體趨勢為：含有金屬硅化物Ti5Si3的涂層硬度明顯高于不含金屬