JPS62294105A - 金属物体の空所内面の被覆方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

３、発明の詳細な説明〕 ＆】ユぼりＵ１公で一 本発明は金属物体の空所、特にマッドポンプライナーの
空所の被覆又は被着に関する。

【股α改歴 金属物体の内部空所は金属物体自体よりも腐蝕、酸化、
摩耗に耐性のある被覆の被着を必要とする。 この必要性を生ずる場きは、空所内の高温及びＩｇ蝕性
液への露出、ピストン等内部機械部材の摩耗ｆヤ用があ
る。金属物体の例として油井のさく井に使用されるマッ
ドポンプのライナーがある。マッドポンプは油井又はガ
ス井のさく井流体循環装置の一部であり、回転さく井作
業用の主構成部分５種の中の１種である。他の部分は、
ドリルストリングとビット、昇降装置、動力設備、ブロ
ーアウト防止装置である。 さく井流体は通常マットと称し、通常は水と腐蝕防止剤
を含む各種化合物と、密度を増すための重晶石等の固体
粒子から成る。この流体はドリル管の中を下方に流れビ
ットの底部がらドリル管と孔との間の環状スペースを上
方に連続的に循環する。この駆動力はマッドポンプが生
ずる。 マッドポンプライナーは厚い壁の管部分であり、外径に
１個又は２個のりチーナーリングを有する。 ライナーの使用寿命は内面の耐摩耗性によって定まる。 それ故、ライナーの内面に耐摩耗性被覆をするのが望ま
しい、内面被覆層はゴムピストンによる滑動摩耗を受け
、ゴムは摩耗しゴムを支持する金！ｘｌ構造物がライナ
ー被覆と接触して真紅を加速する。被覆材料はドリル流
体からの腐蝕を受け、周期負荷による金属疲労を特にピ
ストン運動の方向が急激に変化する部分に生ずる。更に
、被覆の微小部分が急激な加圧減圧を受ける。このｆＹ
動条件は被覆材料の厳格な冶金上の要求を課する。理想
的被覆材料は高硬度、高耐蝕性、高衝撃及び疲労強度を
有する。この特性は均等な微細粒子横道によって得られ
、多年ポンプライナーの製造者が求めた材料である。 市販のマッドポンプライナーの外側の厚い壁の部分は通
常は炭素鋼又は低合金鋼製であり、ライナー被覆は大部
分は鉄と２８％クロム合金の鋳造スリーブである。スリ
ーブは鋼管部分に遠心鋳造するか、別の管として訪遺し
て外側管に締つばめとし、次に機械加工して下情に佳上
げる。この製造過程は時間と費用がか・す、鋳造金属の
顕セχ鏡構造は化学的に不均一であり、鋪道に際して合
金１１に含まれる元素が自然の放出を凝固過程間に行な
う、更に、ｎ造過程を可能にするために、被覆の厚さは
著しく厚い、ポンプライナー呵外の金属物体内の被覆ら
同様な特性であり、同じ欠点を生ずる傾向がある。 粉末金属をは７１００％密度に団結して外側鋼外殻に接
着した被覆層は、化学的に均等であり、微細粒子による
高靭性のため最も優れた金属源＠鏡Ｍ造を有する。しか
し、現在の粉末金属層施工の方法は不満足であり、多孔
性の酸化物で汚損された層を形成して外殻に機械的に接
着したスプレー被覆の例、又は外殻に表面的に機械的に
接着した融着被覆の例がある。現在の粉末冶金技法は本
発明の要求する製品を得るためには不満足である。 ■の解決　べき司題１ 本発明の主目的は金属ライナー及び金属物体の空所内面
を被覆する粉末金属ｖｔ、ｒｉ方法と装置とを提供し、
上述の問題点、欠点を克服するにある。 更に、本発明はポンプライナー及び油井マッドポンプ用
に使用する内面被覆管セグメントの製造のための各種材
料の組合せを提供する本発明の処理技法を適用し得る他
の多くの製品がある。 Ｕ題なを　Ｐ−るための−】「・ 本発明による金属物体の空所内面な被覆する方法は、ａ
）金ｇの酸化物、硼化物、炭化物をかむ金属粉末層を上
記内面に施し、ｂ）圧力伝達及び流動可能の粒子を空所
に充填して層に接触させ、Ｃ）粒子を加圧して粉末金属
層に層の固結のための十分な圧力伝達を行なう。 粒子の加圧は通常は粒子に主軸線に７行って力を伝達す
ることによって行ない、層は軸線を中心として延長し軸
線から離れている、この場合、力は粒子によって伝達さ
れて軸線から離れて層に向う。 このために、本発明によってダイスをＬ’Ｐ−１１＋’
ａし、ダイスは物体を収容する第１の室と、空所内の粒
子に連通ずる粒子を収容する第２の室とを有し、第２の
５≦内の粒子の加圧によって空所内の粒子を加圧し、第
２の室内の粒子から圧力は層から５１れな第１の室内中
央部の粒子のみに伝達される。池の実施例によって、金
属物体は円筒形とし、層は物体の円筒内面に施し、’ｔ
：ｒｒ　ｆ、トは例えばマッドポンプのライナーとする
。 本発明による金属物体の空所内面を被覆する装置に、被
覆を内面上の粉末金属層から成り、金属粉末には金属の
酸化物、硼化物、炭ｆヒ物を含む場合に、ａ）層に接触
して空所内に充填した圧力伝達及び流動可能の粒子と、
ｂ）粒子を加圧して粉末金！Ｌ層分団結させるに十分な
圧力ひ伝達する装置とを備え、装置は粒ｊ′−に主？、
ｌｌ線に沿って力を伝達し、層は軸線を中心として雛れ
、力は粒子によって伝達されて１ｌｌｌ線から品れて層
に作用する。 及−九一鮭 本発明を例示とした実施例並びに図面について説明する
。 第１図において、合金鋼のマッドポンプのライナー１０
は細長の管１１とし、端部に外向きフランジ１２を有す
る。管軸線１３、円筒内面１４を示す、管１１は内部空
所１５に面する内面を有する金属物体を代表する。 管即ち金属物体の被覆ずべき内面を第１に洗７ｐして酸
１ヒ物層、グリース、ごみ等を除去する０次に被覆金属
粉と所要の不安定結合剤のスラリ含使用して面をスラリ
で覆い、被覆１６を形成する。未焼成被覆ははり円筒形
であり外面ｌｅａは管面１４に接触する。被覆方法は、
スプレー、スラリ内浸漬、ブラシ塗り、ｌ＼ら塗布等と
し、管のように内部空所が円筒形の時は部品を高速回転
させて内面に遠心力でスラリを拡げる。未焼成の羽く保
持された粉末金属と結合剤の混合物の厚さは、使用スラ
リの全型を制御することである程度の制御ができる。 肢）ツを望まない局部面は接着剤テープ１７を使用して
マスクし、スラリ被覆完了険に除去する。未ツ３２成被
覆面を室温附近で乾燥し、次に１６００〜２３００°Ｆ
〈約９００〜１３００℃）に加熱し、加圧下で被覆金属
粉が容易に変形する温度とする。大部分の材料について
は炉雰囲気は不活性又は還元性とし、粉の酸「ヒを防ぐ
、炉１８を示し、例えばアルゴン又は窒素等の不活性ガ
スを収容する。 第２図は次の過程を示し、軽く焼結層１１ａを有するラ
イナーを段（ｆダイス１１９内に収容し、ライナーはダ
イス内壁１９ｍ、１９ｂ内の第１の室１９に嵌合する。 ダイスの第２の室２０の絞り直径Ｄ１はマッドポンプラ
イナー１１ａの未焼成内径Ｄ２に等しく又は小さくする
。これによって、加圧過程内の大きな横圧力の下で粉末
金属未焼成肢Ｙｉｔ　１１　ａの比較的剪断のない圧力
が作用する。 第３［２Ｉに示す通り、ダイスとポンプライナーの空所
に被覆粉の団結温度以上の温度とした耐火物粉２２を充
填した陸に、プレス２１によって加圧を行なう。ラノ、
２３から内圧力は耐火物粉の粒子内に生ずる水平圧力に
よってライナーにｆ云３Ｚされる。この時、第２の室２
０は第１の室１９に同一軸線であり、第２の室の断面積
は第１の室の断面積よつ小さいため、圧力は第２の室内
の粒子２２ａから第１の室内粒子２２ｂの中央部、即ち
層１１ａから雛れた部分のみに１云達される。それ故、
空所１９内の粒子の横圧力は第２の室内で長手方向に加
圧される粒子によって定まり、層＋１ａを破壊する剪断
力は作用しない。 耐火物１′ケ子を１重用して粉末ｍ属を団結させてはＣ
剛性とすることは米国特許第３３５６４９６号、３６８
９２５９号に記載がある。本発明はそれ故、両特許の改
良であるが、本発明によって新らしいダイスの設計と、
垂直方向荷重による水平加圧への変換を示す、垂直作用
力が耐火物粒子によって直接伝達された時に生ずる剪断
力による扮末成環層の剥離を避けるための臨界関数は剪
断部を被覆から離すダイス形状によって定まる。 及−１−涯 多数の実験を行なった鋼管セグメントは長さ１．５　ｒ
”（約３８ｘｚ）外（１２”、３．２５”（約５０ｚｚ
、８０ｚｚ）厚さｏ、ｚＳｉｎ（約６　ａｘ）とし、上
述の過程を行なった。 この目的は管を変形させることなく、数種のｉｎ択した
耐摩耗粉末金属合金で被覆することである。 実験用のダイスは第２，３図に示す形状とした。 第１の例では、被覆材料はステライト合金（９８，５重
量％）＃１粉末（第１表２行）に１．５重量％の酢酸セ
ルローズとアセトンを混合し、混合物に十分な流動性を
興える。この混合物を５００ｒ、ｐ、ｍで回転して１い
、約１７１゜ｉｎ（約２．５ｚｚ）の未焼成被苫ヲｌ　
サ外ｆｌｎ　サ１．５ｘ　３．２’３ｘ　Ｏ，２５”（
約３８ｘ　５Ｏｘ６ｘｘ）の管内面に形成した。管を室
温で１夜乾夕；シ、２２５０’Ｆ（約１２５０’Ｃ）に
１４分加ズλした。炉雰囲気は水素とした。管をダイス
空所に置いた直後に、別の炉内で２３００°Ｆ（約１３
００℃）に加熱した耐火物粒子を注入し、プレスラムに
よって粒子を加圧した。 最大圧力４５ｔｏｎ／　１ｎ２（約７　ｔｏｎ／　ｃｍ
２）を約１０秒作用し、加圧サイクルを完了して圧力を
解放した。ダイスを内容物を排出する位置に移した。こ
の例では、ステライト合金＃１の被覆は完全であり、ス
テライト粉末は団結して理論密度の約１００％となった
。結合脊面の顕微鏡写真を第・１図に示す９第２の例は
ステライト合金＃６（第１表３行）を被′ｆ！を粉末と
して使用した６上記の例のすべてのパラメータを使用し
、炉雰囲気は水素でなく窒素とした。横方向の冷却亀裂
を被覆に生じた池は被覆と鋼管との間に良い結合が得ら
れ粉末は十分に団結した。管寸法は最初の寸法の０．５
％以内の差であった。代表的被７１閣微鏡写真を第５図
に示す。 第３の例は４０％のデロロ６０と６０％のタングステン
カーバイドの混合物く第１表４行）を処理し、１９００
”　Ｆ（約１０５０℃）４５Ｔｓｉ（７Ｌｏｎ／ｃｚ’
）で鋼管に結合した。上述と同様に１．５％のアセテー
トとア七トンを使用した。鋼管面被覆の代表的閉微鏡写
真を第６図に示す。 各種被覆材料を使用して池の金属物体例えば弁、管、さ
く岩ビット等の内面空所の被覆は同様に行ない得る。 この過程は基本的には同様であっても、各種の変更が可
能である０例えば、第２図のポンプライナー等の物品と
ダイスとの間に絶縁材料を介挿して加圧前の熱損失を減
少させる。 絶縁材料は例えばセラミック、高密度グラハイド、又は
部品と共に加熱する金属とする。絶まく材料が金属の時
は、非結合耐火物粉分離材１゛１を絶縁材料上に施す。 更にダイス自体を垂直方向に分割したダイスとし、部品
が単純円筒でなく複雑な形状の門に部品を取けけるのを
容易にする。池の変更も行ない得る。 圧力伝達用粉末の組成は上述の特許に記載した材ｆ４及
び他の材料を使用可能である。 好適な例で、内張面は円筒形マッドポンプライナーを形
成し、円筒内面であり、層を形成する金属粉は次の組成
から成る群から選択する。 ａ）　　Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃ ｂ）　　Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−３ｉ ｃ）　　Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−３ｉ−Ｂ ｄ）　　・Ｎｉ　　Ｍｎ−３ｉ　−Ｃｕ−Ｂｅ）　　Ｎ
ｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−３ｉ−Ｆｅ−Ｂｆ）　　Ｆｅ−Ｃｒ−
Ｃｏ−Ｎｉ−３ｉ−Ｃ＆）　　Ｃｕ　−Ｍ　ｎ　−Ｎ　
ｉ 好適な例で、層は３０〜９０重最％のタングステンカー
バイドと残部金民音金粉として次の組成から成る群から
選択した混合物とする。 ａ）　　Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ−（： ｂ）　　Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−３ｉ−Ｂ ｃ）　　Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎ１ ｄ）　　Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ−３ｉ−８ｅ）　　Ｆ
ｅ　　Ｃｒ　　Ｃｏ−Ｎｉ−８ｉ−Ｃ

【図面の簡単な説明】

第１図はマッドポンプライナーの縦断面図、第２図は未
焼成被覆マッドポンプライナーを２型室ダイス内に置い
た縮断面図、第３図は第２図と同様であるが高温粒子を
ダイスとライナー内に充填しプレスする図、第４〜６図
は本発明による鋼管成環の拡大断面図である。 １０　　マッドポンプライナー １１管 １２　　フランジ １４　　管内面 １６　　スラリ ＩＳ炉 １９．２０室 ２２　　耐火物扮 ２３　　ラム １１９　　ダイス 図面の浄書（内容に変更なし） ｘ斗ａ 図面の浄書（内容に変更なし） 第５１刀 図面の浄書（内容に変更なし） 系乙図 手続補正書（方式） ％式％ ６、補正をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 名　称　　シーディーピー・リミテッド４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和６１年８月２６日（発送日
）６、補正の対象 明細書の〔図面の簡単な説明〕の欄 図面（第４図乃至第６図） ７姉泗／７＋１　内医 （１）明細書第１９頁５行「被覆の拡大断面図である。 」を、「被覆の拡大断面の粒子構造を示す写真である。 」と訂正します。 （２）添付第４図乃至第６図をここに添付した代用写真
と差し替えます。 以　　上 手続補正書（方式） 昭和６２年　３月２ｇ日 昭和６１年特許　願第１３７２６１　号ポンプライナー
及びその被覆方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 名　称　　シーディーピー・リミテッド４、代理人 別紙の通り（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）金属塩を含む金属粉末層を金属物体面に施し、
   ｂ）圧力伝達と流動可能の粒子を層に接触させ、ｃ）粒
   子を加圧して粉末金属層を固結させる十分な圧力伝達を
   行なわせることを特徴とする金属物体面の被覆方法。 ２、前記過程ｃ）は主軸線に沿って粒子に力を伝達し、
   層は軸線を中心として延長して軸線から離れ、力は粒子
   によって軸線から離れて層に伝達される特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３、物体を収容する第１の室を有するダイスを準備し、
   物体空所内の粒子に連通する粒子を収容する第２の室を
   ダイスに設け、空所内粒子の加圧は第２の室内粒子の加
   圧によって行なう特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４、前記第２の室からの圧力の伝達は層から完全に離れ
   た第１の室内の粒子の中央部のみに対して行なう特許請
   求の範囲第３項記載の方法。 ５、前記物体は円筒形とし、前記過程ａ）は物体のほゞ
   円筒形内面に層を形成する特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ６、前記物体をマッドポンプライナーとする特許請求の
   範囲第５項記載の方法。 ７、前記面に施す前記層は次の表に記載したものの少な
   くとも１種に少量の不安定有機結合剤を混合する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 表 組成 Ｃｏ−２８．５Ｍｏ−１７．５Ｃｒ−３．４ＳｉＣｏ−
   ３０Ｃｒ−１２．５Ｗ−２．５Ｃ Ｃｏ−２８Ｃｒ−４Ｗ−１．１Ｃ Ｎｉ−１６Ｃｒ−４Ｆｅ−３．３Ｂ−４．２Ｓｉ−０．
   ７Ｃ　＋９２％以下のタングステンカーバイド Ｆｅ−３５Ｃｒ−１２Ｃｏ−１０Ｎｉ−５Ｓｉ−２Ｃ　
   ＋９２％以下のタングステンカーバイド Ｃｕ−３７Ｍｎ−１０Ｎｉ−０．５Ｌａ 　＋９２％以下のタングステンカーバイド Ｎｉ−１９Ｍｎ−６Ｓｉ−０．５Ｂ−４Ｃｕ−０．０３
   稀土類＋９２％以下のタングステンカーバイド Ｎｉ−１３Ｃｒ−２０Ｃｏ−２．３Ｂ−４Ｓｉ−４Ｆｅ
   ＋９２％以下のタングステンカーバイド ８、前記混合物は少なくとも約９７重量％の前記組成と
   、少なくとも約１．０重量％の酢酸セルローズと炭化水
   素溶剤から成る群から選択した結合剤を含む特許請求の
   範囲第７項記載の方法。 ９、前記層の厚さを加圧の時に１／１６ｉｎ〜１／３ｉ
   ｎ（約１．５〜３ｍｍ）の範囲とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 １０、前記層の粉末を次から成る群から選択し、ａ）Ｃ
   ｏ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃ ｂ）Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ Ｃ）Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ ｄ）Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｂ ｅ）Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｂ ｆ）Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃ ｇ）Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ 金属の酸化物、カーバイド、ボライドから成る群から選
   択した硬質材料の混合粉を含む特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 １１、金属物体面に金属塩を含むほゞ粉末金属から成る
   被覆を被着する装置に、層に接触する圧力伝達及び流動
   性の粒子と、粒子を加圧して粉末金属層に団結するに十
   分な圧力伝達を行なう装置とを備えることを特徴とする
   金属物体面の被覆装置。 １２、前記装置は主軸線に沿って粒子に力を伝達するプ
   ランジャを含み、前記層は軸線を中心として延長して軸
   線から離れ、力は粒子によって伝達されて軸線から離れ
   て層に作用する特許請求の範囲第１２項記載の装置。 １３、物体を収容する第１の室を有するダイスを含み、
   物体空所内の粒子に連通する粒子を収容する第２の室を
   ダイスに設け、第２の室内で加圧された粒子によって空
   所内の粒子が加圧される特許請求の範囲第１２項記載の
   装置。 １４、第２の室を第１の室と同心とし、第２の室の断面
   を第１の室の断面より小さくし、圧力は第２の室内の粒
   子から第１の室内の層から離れた中央部の粒子のみに伝
   達される特許請求の範囲第１４項記載の装置。 １５、前記物体をほゞ円筒形とし、前記層は物体の円筒
   内面に固着する特許請求の範囲第１５項記載の装置。 １６、前記物体がマッドポンプライナーである特許請求
   の範囲第１６項記載の装置。 １７、前記層の金属粉末は次から成る群から選択し、 ａ）Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃ ｂ）Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ ｃ）Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ ｄ）Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｂ ｅ）Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｂ ｆ）Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃ ｇ）Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ 酸化物、硼化物、炭化物から成る群から選択した硬質材
   料の混合粉末を含む特許請求の範囲第１３項記載の装置
   。 １８、前記層が金属粉末約９７重量％と、酢酸セルロー
   ズと炭化水素溶剤少なくとも約１重量％の混合物から成
   る特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １９、前記層が３０〜９２重量％のタングステンカーバ
   イドと次から成る群から選択した金属粉末残部から成る ａ）Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃ ｂ）Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ ｃ）Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ ｄ）Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ ｅ）Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃ 特許請求の範囲第１項記載の方法。