空心抽油杆扶正器摩擦副材料和工艺

空心抽油杆扶正器摩擦副材料和工艺

马云凌 李向久 伞金福 刘清伟

摘要 在空心抽油杆扶正器外圈采用镶嵌自润滑复合材料、自润滑涂层或自润滑镀层，可以减小空心抽油杆上下冲程阻力，防止套管磨损，提高整个抽油系统的效率。介绍了镍基、铁基、铝合金基等金属基自润滑复合材料，浸渍金属碳石墨自润滑材料和聚合物基自润滑复合材料的摩擦学性能及制备工艺过程，以及两种自润滑复合材料的镶嵌方式。列举了具有良好耐磨性和减摩性的等离子喷涂、真空熔结、高压静电喷涂、火焰喷涂和电弧喷涂，以及自润滑镀层等技术。

主题词 空心抽油杆 抽油杆扶正器 材料 工艺

在小井眼油井中应用空心抽油杆采油技术可节约井下设备成本25%，作业时间减少近一半。但在空心抽油杆内流动的液体使抽油杆的受力状态发生变化，下冲程阻力变大，抽油杆易产生弯曲变形，造成空心抽油杆和套管之间的干摩擦［1］，使套管与空心抽油杆磨损，为解决此问题，必须安装空心抽油杆扶正器。若在扶正器外圈采用自润滑材料作为摩擦副，既可降低摩擦系数，减小上下冲程的阻力，提高整个抽油系统效率，又可防止套管磨损。为此，可在扶正器外圈采用镶嵌自润滑材料或自润滑涂(镀)层技术来实现。

镶嵌自润滑复合材料

自润滑复合材料分为金属基自润滑复合材料和聚合物基自润滑复合材料。

1.金属基自润滑复合材料

金属基自润滑复合材料是由金属基体(连续相)、润滑相和耐磨相组成的复合材料。固体润滑剂作为组元加入到金属基体中，在摩擦过程中所含的固体润滑剂析出和弥散分布，在摩擦表面之间发生转移，形成润滑薄膜，从而降低摩擦副的摩擦系数，防止磨件磨损。

Ni基和Fe基自润滑复合材料是常用的金属基自润滑复合材料。Ni-WC-PbO、Ni-SiC-Co-Mo-PbO、Ni-WS2、Ni-CaF2、Ni-MoS2、Ni-SiC-Ag-石墨、Ni-Mo-Fe-Co-Cr-S-C和Ni-Mo-MoS2等金属基自润滑材料不仅具有良好的机械性能和自润滑性，而且具有较高的极限PV值，摩擦系数为0.12～0.35。这些材料一般采用粉末冶金法制造，热压温度1000℃～1250℃，热压压力10～20MPa，保温时间5～20min［2～7］。在铁-石墨、铁-青铜-石墨、铁-青铜-MoS2-石墨、铁-青铜-Pb-石墨等自润滑材料的孔隙中浸入润滑油，可提高耐磨性，摩擦系数小于0.12。用粉末冶金法制造铁－石墨系含油自润滑复合材料，可以在较宽范围内调节组元和孔隙率，又能实现多组元化、合金化和弥散强化等，制备工艺是：配料→混料→压制→烧结→整形（或机加工）→浸油→包装［8］。此外，采用粉末冶金法还可制备Al-Si-Cu-石墨、Cu－石墨、Cu－MoS2、Mo-MoS2、Ta-MoS2、Ta-Nb-MoS2、铝硅合金－石墨和镁合金－石墨等金属基自润滑复合材料。

铸造金属基自润滑复合材料是通过液体冶金技术,将固体润滑剂颗粒复合到合金中制造而成的,固体润滑剂颗粒可均匀弥散在合金基体中,也可以局部弥散(即固体润滑剂颗粒分布在工作面表层)在合金基体中。铝合金－石墨、铝合金－MoS2、铜合金－石墨、铝合金－3％Pb、铝合金－BN（氮化硼）、锌合金－石墨和巴氏合金－石墨等铸造金属基自润滑复合材料具有优良的减摩性、耐磨性和减震性，如

Al-9%Si-3%Cu-1%Mg-4%MoS2 、Al-9%Si-3%Cu-1%Mg-石墨的摩擦系数低于0.1［9］。铸造法是目前最经济的复合材料制备技术之一。

碳石墨材料具有良好的自润滑性和导电性,摩擦系数低,线膨胀系数小,但其强度